客车水路系统布置及其气体净化设计

朱爱荣

（北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司，北京 100072）

前言

现代大中型客车的发动机布置，相对于前置和中置型式来说，后置水冷型式具有振动噪声小、车厢利用率高、行李舱空间大、维修方便等优点，目前已被普遍采用。同时，为满足寒冷地区对车厢内供暖以及前风挡玻璃除霜的需求，在发动机冷却系统基础上又衍生出水循环暖风系统。因此，整车水路系统的设计，主要包括发动机冷却和车内暖风两大方面，以及二者之间的联结型式。

1 整车水路系统结构布置

整车水路系统主要由冷却和暖风两个子系统组成，如图1 所示。冷却系统属基本功能，是车辆正常运行必备要件，暖风系统属附加功能，是在冷却系统基础上衍生出的分系统。二者采用并联布置型式，共用一个膨胀水箱，暖风进水管与发动机缸体相连，暖风回水管与发动机进水管相连。并联布置目的是优先保证冷却系统的正常工作，最大限度地降低暖风系统对冷却系统的影响。

图1 整车水路系统

2 冷却系统

冷却系统的功能是为发动机提供与之相匹配的散热条件，保证发动机正常运行且保持在最佳温度范围内工作。

2.1 冷却系统结构布置

冷却系统主要包括散热水箱、冷却风扇、膨胀水箱、控制系统及相关管路组成。目前主要的结构布置型式有两种：机械风扇型式和电子风扇型式。

机械风扇型式，如图2（a）所示，散热水箱横向布置，配置一个大直径冷却风扇，风扇由发动机通过带传动进行驱动，使用电磁离合器或硅油离合器，通过温控系统对风扇转速进行调节[1]。此种冷却型式的结构特点：功耗较大，最高可达发动机的10%左右；皮带传动导致的振动和噪音较大；结构复杂，装配精度要求高，工艺性较差。目前，此种型式已逐渐被电子风扇型式所取代。

电子风扇型式，如图2（b）所示，散热水箱纵向布置，配置若干小直径独立冷却风扇，风扇由发电机电动驱动，通过温控系统对各个风扇转速进行调节。此种冷却型式的结构特点：取消了皮带传动结构部件，功耗低，振动和噪声小；散热水箱不需要与发动机进行耦合，结构简单，装配精度要求低，工艺性好，且布置方式灵活[2]。目前，此种型式已广泛应用到大中型客车的冷却系统。

图2 冷却系统结构布置型式

2.2 冷却系统气体净化方案

冷却液经发动机加温后，会随发动机的工作持续产生水蒸气，若不及时排除，极易形成气阻，导致水泵的泵水量下降，进而降低散热效率[3]。

冷却系统气体净化设计采用自动排气型式，解决方案是加装膨胀水箱。冷却系统中产生的气体，最终主要堆积在发动机缸体上部和散热水箱上部。因此，如图2 所示，在发动机缸体高点和散热水箱高点与膨胀水箱之间各设有一根排气管，系统内产生的气体，经排气管进入膨胀水箱，实现气水分离，多余气体通过膨胀水箱上的阀体排出。

3 暖风系统

暖风系统功能是利用冷却系统中的冷却液，经过加热器进行二次加热，或直接将升温后的冷却液输送至车内除霜器和散热器，以满足前风挡除霜和车厢内升温的需求[4]。

3.1 暖风系统结构布置

暖风系统主要包括液体加热器、前除霜器、车内散热器、控制系统及相关管路组成。目前主要的结构布置型式有三种：整体串联、整体并联和并串混联。

整体串联，即将前除霜器和车内散热器顺序连接。根据前除霜器的位置，又有两种布置方式：一种是将前除霜器布置在串联结构最前端，连接顺序为液体加热器→前除霜器→车内两侧散热器→发动机进水管；另一种是将前除霜器布置在串联结构中间，连接顺序为液体加热器→车内一侧散热器→前除霜器→车内另一侧散热器→发动机进水管。整体串联结构相对简单，可靠性高。但此种布置方式下，每个散热器供暖温度不一致，容易导致车厢内冷暖不均衡。此种结构布置型式仅适用于冬季温度不是很低的地区。

整体并联，即将前除霜器和车内散热器全部并联在液体加热器出口至发动机回水口的暖风系统管路上，连接顺序为液体加热器→全部并联的散热器和前除霜器→发动机进水管。整体并联结构每个散热器供暖温度均衡，但结构复杂，成本较高，故障点多[5]。此种结构布置型式仅适用于部分对供暖均衡性要求较高的高档车辆和旅居商务车辆。

并串混联，如图3 所示，即车内散热器和前除霜器并联，车内各个散热器之间串联。液体加热器后管路分为两路，一路直接至前除霜器，另一路串联车内各个散热器，两路回水合并一路后，连接至发动机进水管。

图3 并串混联结构布置暖风系统

车内散热器串联方式，既可以先左至右（或先右至左）顺序串联，也可以左右交叉串联。并串混联最大的优点在于，将前除霜器与车内散热器独立布置，优先保证了前除霜器的除霜效果和可靠性。而且车内散热器也可以选择左右交叉串联，以满足车内供暖均衡性需求。此种结构布置型式综合了整体串联和整体并联的优点，可适用范围最为广泛。

上述三种暖风系统结构布置型式，均可根据使用环境需要（例如在中国南方地区，仅利用发动机余温即可满足供暖需求），取消液体加热器，但需要增加一个循环水泵，以保证暖风系统液体的循环压力。

3.2 暖风系统气体净化方案

同冷却系统一样，冷却液经液体加热器加温后也会持续产生水蒸气，连同发动机加热产生的水蒸气一起进入暖风系统，亦需及时排除，避免降低供暖效果和随管路进入到冷却系统中。

暖风系统气体净化设计采用手动和自动排气相结合的型式。冷却系统中产生的气体，一部分堆积在车内散热器和前除霜器内上部，另一部分随管路进行循环。对于此两部分的气体，分别采用不同的排气型式。

堆积在车内散热器和前除霜器内气体，仅影响供暖效果，不会影响到发动机冷却系统，采用手动排气型式。通过散热器和前除霜器上部设置的排气螺塞，根据系统的使用情况，定期或不定期进行手动排气。

随管路循环的气体，若进入到发动机进水管，会直接影响到发动机冷却系统，采用自动排气型式。解决方案是加装气体净化器，其安装位置，如图4 所示，在暖风系统回水管与发动机进水管连接部位之前的管路上，在此位置将管路中的气体排出，避免进入到发动机冷却系统。

图4 气体净化器安装位置

气体净化器，如图5 所示，进水接头管和出水接头管具有一定的高度差，保证气液分离腔体内有足够的空间存储瞬时较多的气体。暖风系统管路中的气体随冷却液通过进水接头管进入到气液分离腔体，实现气水分离。气体在整个系统压力作用下，通过气体接头管进入膨胀水箱，排出系统；液体则经由出水接头管进入发动机进水管，进行循环。

4 结束语

整车水路系统设计，应根据系统或部件功能的重要程度，区分出优先级别：冷却系统直接关系到车辆运行的可靠性并影响车辆运行的经济性，其性能必须优先保证。其次，在暖风系统中，前除霜器影响到驾驶员视野，涉及到车辆行驶安全性，其性能必须优先于车内散热器予以保证。在布置结构型式的选择上，应根据车辆的实际使用环境，在保证安全、可靠、适用的前提下，兼顾车辆的制造成本和运营成本。