汽车排气余热采暖技术研究及应用

孟建军 胡文杰 赵岩 秦义华 陈子默

摘  要：针对某越野车系列车型空调暖风系统采暖性能的不足，现重新对暖风系统方案进行改进优化预研。原车以空气加热器作为车厢暖风能量的来源，而优化方案采用汽车尾气回收技术，将发动机排气余热回收利用，通过发动机排气收集换热装置和电动水泵，对发动机冷却液进行二次加热，提高冷却液的温度，解决极寒天气车厢暖风能量不足的问题。采用该技术能减少燃油消耗率，提高续驶里程，同时避免空气加热器工作时尾气泄漏风险和尾气排放污染;车厢内增加车厢暖风散热器和电子风扇，解决了原车暖风风道布置困难，暖风风速、温度分布不均，空气干燥和异味等问题。此项技术的研究及应用，解决了越野车辆冬季极寒地区车内采暖问题，取得了良好的暖风采暖和除霜效果，提高了乘员乘坐舒适性，同时起到节能减排的示范效果，具有广泛地推广应用价值。

关键词：越野车;排气余热;排气收集换热装置;舒适性;节能减排

中图分类号：TK01+8    文献标识码：A     文章编号：1005-2550（2019）03-0002-06

Abstract： In view of the deficiency of heating performance of air conditioning heating system of a series of off-road vehicles， dongfeng automobile company has carried out an improvement and optimization preliminary study on the heating system scheme. The original vehicle use air heaters as the source of the car's warm air energy， and the optimization scheme USES the automobile exhaust recovery technology to recycle the engine's exhaust residual heat， collect the heat exchange device and electric pumps through the engine's exhaust， reheat the engine's cooling fluid， increase the temperature of the cooling fluid， and solve the problem of the car's lack of warm air energy in extremely cold weather. The adoption of this technology can reduce fuel consumption rate， improve driving mileage， and avoid the risk of tail gas leakage and tail gas emission pollution when the air heater works. Add car radiator and electric fan， solve the original car warm air duct layout difficulty， warm air speed， temperature distribution uneven， air drying and odor problems. The research and application of the technology， solve the interior heating problem of off-road vehicle in winter cold area， has obtained the good effect of warm air heating and defrosting， improved occupant comfort， at the same time have the demonstration effect of energy conservation and emissions reduction， has widely application value.

Key Words： Off-road vehicles; Exhaust residual heat; Exhaust collection heat exchanger; Comfort; Energy conservation and emissions reduction

引言

汽車发动机工作中，燃料燃烧的能量约有30%转变成机械能使发动机发出动力;约有30%转变成热能随废气排出;另外约有30%的热能传递给冷却液;还有10%的能量以热辐射形式散发给周围大气，图1为某柴油发动机各能量损失功率。因此回收利用发动机排气和发动机冷却液余热具有巨大潜能和重要意义。

一般汽车暖风的能源来源于发动机冷却液，通过暖风散热器和风机利用液气差来实现车内采暖的要求。多年应用经验表明，利用发动机冷却液余热的暖风采暖方式，能够较好的适用于车厢容积较小的商用车和乘用车，满足其采暖需求。而对于车厢容积较大的越野车、客车，采暖效果一般，温升慢，体验较差，后排乘员脚部温度难以达到标准要求;同时在冬季使用暖风时，发动机冷却液温度低，发动机长期在低温状态下运行，机油温度低润滑不良，发动机热效率低，燃油经济性差，排放差，整车油耗高。

目前车辆采暖性能要求分别按照GJB59.37（-35℃）和GB/T12782（-25℃）标准执行。针对车厢在三排及以上的大容积载人车型，低温采暖性能要想较好的满足以上标准的要求，必须要解决如下几个方面的问题。第一、大车厢容积车型，仅利用发动机冷却液余热作为暖风能量显然是不够的，需要新的能量作为补充。目前普遍解决办法如下：一种方式是增加液体加热器来提高发动机冷却液温度;另一种方式是，主副驾驶采暖通过利用发动机冷却液余热的暖风来实现，其余乘员采暖通过增加空气加热器加热车内空气来实现。但这两种方式均通过燃烧燃油来提供采暖所需能量，既不节能又不环保，而且成本还高。第二、解决因暖风风道布置困难而造成的暖风风速和温度分布不均的问题。目前普遍通过在车厢内增加车厢暖风散热器和电子风扇来解决。用水管代替风道作为暖风循环介质的输送通道，尺寸小易布置，压力损失低，从而解决暖风风道布置困难的问题。通过电动水泵将暖风循环介质发动机冷却液引到车厢暖风散热器，再通过电子风扇实现热交换，实现暖风风速和温度分布的均匀性。