1、 暖 风节能题 目:车载空调暖风系统原理浅析与节能优化班 级：土木 14-3作 者: 王正涛 陈汉杰 刘瀚文联系方式: 18342803773完成日期：2015 年 11 月 26 日论文大赛参赛论文车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 1 -车载空调暖风系统原理浅析与节能优化摘 要：在寒冷季节, 由于气温低, 汽车车厢内需要有取暖装置( 及挡风玻璃除霜器), 以保证乘客能舒适地出行, 驾驶员能正常地操作, 确保行车安全。随着对汽车舒适性要求的提高，提高空调暖风系统性能成为当今的热门研究课题。提高汽车空调性能的主要方式是提高换热效率.由于汽车内部空间的限制,不
2、能单纯依靠增加热交换器体积的方法来提高热效率, 因此对暖风系统性能优化设计将具有现实意义。关键词：车载暖风系统 原理浅析 性能优化 系统节能一、车载空调暖风系统的组成与原理浅析冬季天气寒冷，在运动的汽车内人们感觉更寒冷。这时，汽车空调可以向车内提供暖风，提高车室内的温度，使乘员不再感觉到寒冷。另外在冬季或者初春，室内外温差较大，车窗玻璃会结霜或起雾，影响驾驶员和乘客的视线，不利于安全行车，这时可以用暖风来除霜和除雾。这种对车内空气或进入车内的外部空气进行加热的装置，称为汽车采暖系统。汽车采暖系统按所使用的热源不同可分为两种：余热式加车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 183428037
3、73 - 2 -热系统：轿车、载货汽车和中小型客车等，需要的热量较小，可以用发动机的余热来直接供暖。独立热源式：大型豪华旅游车、寒带地区使用的客车，需要的热量较大，装有专门暖风装置，常采用独立热源式采暖系统。1.1 余热式采暖系统轿车、载货汽车和中小型客车， 需要的热量较小， 可以用发动机的余热来直接供暖。余热供暖系统又分为水暖式和气暖式两种。1.1.1 余热式水暖采暖系统水暖式采暖系统的组成与工作原理水暖式加热装置有两种：一种是单独暖风机总成，由取暖水箱（加热器） 、鼓风机、加热器进出水管、热水开关等组成，如图 1 所示：从发动机出来的冷却液经过节温器，在温度达到 80时，节温器开启，让发动
4、机冷却液流到采暖系统的加热器，在节温器和加热器之间设置了一个热水开关， 用来控制热水的流动。冷却液的另一部分流到散热器散热。冷却液在加热器散热，用来加热周围的空气，然后再用风扇送到车内。冷却液从加热器出来，通过水泵的泵收，又重新进入发动机的水箱内，冷却发动机，完成一次采暖循环。另一种是整体空调，如图2 所示。现代汽车多用整体式空调，它是把水暖加热器和制冷蒸发器装在一个箱体内，共用一台风扇，两者之间用阀门隔开。车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 3 -1.1.2 余热式气暖采暖系统气暖式采暖系统是利用发动机排气管中的废气余热供车厢取暖。为了利用发动机排气的热量
5、解决北方汽车冬季取暖的问题，出现了热管节能换热器。热管是一种管内处于高真空状态装有高效传热工质的金属管，如图 3 所示。当热管的吸热端受热时，管中的液体立即汽化，产生的蒸气流向放热端，通过管壁把热量传给管外。蒸气变冷凝结，重新返回加热端。这种热管式暖风机产热量比水暖式大，采暖效果好；使用安全可靠，发动机废气不会漏入车厢；对发动机工作没有影响；利用余热，经济性好。由于管壁外肋片，可起到消音及吸附废尘的作用，减少排气污染。1.2 独立热源式采暖系统独立热源式采暖系统和余热式采暖系统不同之处，在于其热源由另外的内燃机在燃烧室里燃烧汽油、煤油、柴油等燃料， 将产生的热量输送到车内，而燃烧的废气则排放到
6、大气中。独立热源加热系统分为独立热源气暖式和独立热源水暖式加热系统两种。图3车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 4 -1.2.1 独立热源气暖式采暖系统独立热源气暖式采暖系统由燃烧室、热交换器、空气供给系统、燃油供给系统和控制系统 5 个部分组成。当加热器中的电动机接通电源后开始运转，带动两个风扇、油泵、雾化器等工作，并将油通过油管送到雾化杯（或喷油嘴） 。雾化杯上的油与助燃空气混合，形成可燃混合气。此混合气被预热电热塞（或高压电弧点火器）点燃，着火几秒钟后，点火器断电，由已燃烧的火焰点燃不断输入的可燃混合气，使燃烧工况保持正常。燃烧气体通过通道进入热交换器
7、夹层，而被风机吸入的冷空气在热交换器中吸收燃气释放的大量热量，变成热空气从出风口送向车厢和其他需加热的空间。1.2.2 独立热源水暖式采暖系统独立热源水暖式加热装置的工作原理与气暖式基本相同，其加热的不是空气而是水，用水泵代替了风扇。水暖式的最大优点是不仅可作为车厢采暖用，而且可预热发动机、润滑油，以利于冬季发动机起动，待发动机起动后，再将被加热的水通向车厢内的水散热器。如果水暖式的水加热器与汽车发动机的冷却液管路相通，则在发动机冷却液温度低于 80时，水加热器工作。当温度高于 80时，由于恒温器的控制作用，会自动切断油泵的电源，停止供油，而加热器中的水泵继续工作，以保证水加热器零件不因过热而
8、损坏,并继续向车厢内供应暖气。二、车载空调暖风系统的节能优化2.1 汽车非独立式暖风装置的改进设计内燃机将燃料内能转变为汽车有用机械能的过程,实际上车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 5 -是将燃料化学能通过燃烧转化成热能, 热能再通过曲柄连杆机构转化成机械能。在能量的转化过程中，大量的能量被浪费掉。其中, 燃烧后产物排气也带走了30%35%的热量和动能( 如图 4)，可见对排气能量进行回收具有非常重要的意义。针对汽车车厢取暖及节能、环保等要求, 可利用主发动机和副发动机冷却液余热的同时, 还利用废气的热量一起对汽车进行供暖. 相比起传统的暖风装置, 新型水
9、暖式汽车暖风装置具有节能、环保等特点，具有良好的经济效益和社会效益。新型水暖式汽车暖风装置主要包括排气热能回收装置(热交换器) 、除碳装置、水泵、强制散热器、高位水箱、电磁阀和管路等(图5)。其中，排气热能回收装置用于回收排气热能；除碳装置用于除去热交换器中的积碳以降低工作的背压;水泵提供水流动的动力;强制散热器用于向车厢内散热;高位水箱在必要时向装置添加水;电磁阀用于控制水路和气路的流向以防止水路中水的温度在某一温度范围内工作(根据发动机冷却系统水温范围确定), 以免汽化严重影响装置工作。图5 暖风装置的结构和试验方案2.2 暖风系统匹配设计节能优化根据发动机性能和成本差异，不同车型配备不同
10、型号的图 4图4图 4车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 6 -发动机，针对不同型号的发动机，对暖风系统进行匹配，既对整车的舒适性影响很大，又对系统节能做出重大贡献。发动机水温特性对于利用发动机余热的非独立式暖风系统而言，对暖风性能起着至关重要的作用。对于非独立燃油暖风系统而言，影响暖风系统的主要因素是发动机水温特性及暖风系统的额定放热功率，而发动机水温特性是发动机自身的固有参数。一般情况下难以调整。在调整暖风系统的额定放热功率的同时，要充分考虑对发动机水温的影响，不能无限地提高暖风系统的额定放热功率。把非独立暖风系统和独立暖风系统有效地结合起来的综合暖风系
11、统，既能解决整车乘员采暖问题，又能对提高整车冷启动性、降低发动机磨损、提高除霜除雾性能起到显著的作用。在设计时，需特别注意暖风系统各部件接口结构、布置方式等具体细节。2.3 暖风设计其它注意事项1) 车内所有侧面尽量装自然散热器，进水管路可以布置在车内；2) 前门和中门暖风机带导风翻边，暖风以倾斜一定角度吹到地板面，避免车门位置地板结冰；3) 轮椅区前的暖风机风向为吹向轮椅区，避免轮椅区位置积雪结冰；4) 前除霜和司机暖风水路必须从底盘走，因为夏天也会用到除霜，若从车身内走，会发热导致车内升温；5) 前区地板可以根据用户要求加装加热膜；6) 可以根据用户的要求，增加乘客区温度传感器，与顶置暖风
12、系统配合增加恒温系统。参考文献：1 黄志春, 公茂兵. 汽车空调系统改进试验研究J. 汽车技术, 2013.2 刘彬，梁虹，陈研，等.发动机余热回收技术的研究现状及发展趋势J.小型内燃机与摩托车，2011.3 周庆辉，纪威，王夺.汽车空调暖风机热交换器的优化设计J.工程设计学车载空调暖风系统原理浅析与节能优化 王正涛 18342803773 - 7 -报，2010.4 赵书明.客车采暖系统现状及发展趋势J.城市车辆，2009.5 GB/T12782-2007,汽车采暖性能要求和试验方法S.中国标准出版社,2007.6 廖金焰,姚永年,杨定国.水暖式暖风机实验台的研制J.实验技术与管理,2005.
