汽車排氣余熱采暖技術研究及應用

孟建軍 胡文杰 趙巖 秦義華 陳子默

摘? 要：針對某越野車系列車型空調暖風系統采暖性能的不足，現重新對暖風系統方案進行改進優化預研。原車以空氣加熱器作為車廂暖風能量的來源，而優化方案采用汽車尾氣回收技術，將發動機排氣余熱回收利用，通過發動機排氣收集換熱裝置和電動水泵，對發動機冷卻液進行二次加熱，提高冷卻液的溫度，解決極寒天氣車廂暖風能量不足的問題。采用該技術能減少燃油消耗率，提高續駛里程，同時避免空氣加熱器工作時尾氣泄漏風險和尾氣排放污染;車廂內增加車廂暖風散熱器和電子風扇，解決了原車暖風風道布置困難，暖風風速、溫度分布不均，空氣干燥和異味等問題。此項技術的研究及應用，解決了越野車輛冬季極寒地區車內采暖問題，取得了良好的暖風采暖和除霜效果，提高了乘員乘坐舒適性，同時起到節能減排的示范效果，具有廣泛地推廣應用價值。

關鍵詞：越野車;排氣余熱;排氣收集換熱裝置;舒適性;節能減排

中圖分類號：TK01+8? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：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

汽車發動機工作中，燃料燃燒的能量約有30%轉變成機械能使發動機發出動力;約有30%轉變成熱能隨廢氣排出;另外約有30%的熱能傳遞給冷卻液;還有10%的能量以熱輻射形式散發給周圍大氣，圖1為某柴油發動機各能量損失功率。因此回收利用發動機排氣和發動機冷卻液余熱具有巨大潛能和重要意義。

一般汽車暖風的能源來源于發動機冷卻液，通過暖風散熱器和風機利用液氣差來實現車內采暖的要求。多年應用經驗表明，利用發動機冷卻液余熱的暖風采暖方式，能夠較好的適用于車廂容積較小的商用車和乘用車，滿足其采暖需求。而對于車廂容積較大的越野車、客車，采暖效果一般，溫升慢，體驗較差，后排乘員腳部溫度難以達到標準要求;同時在冬季使用暖風時，發動機冷卻液溫度低，發動機長期在低溫狀態下運行，機油溫度低潤滑不良，發動機熱效率低，燃油經濟性差，排放差，整車油耗高。

目前車輛采暖性能要求分別按照GJB59.37（-35℃）和GB/T12782（-25℃）標準執行。針對車廂在三排及以上的大容積載人車型，低溫采暖性能要想較好的滿足以上標準的要求，必須要解決如下幾個方面的問題。第一、大車廂容積車型，僅利用發動機冷卻液余熱作為暖風能量顯然是不夠的，需要新的能量作為補充。目前普遍解決辦法如下：一種方式是增加液體加熱器來提高發動機冷卻液溫度;另一種方式是，主副駕駛采暖通過利用發動機冷卻液余熱的暖風來實現，其余乘員采暖通過增加空氣加熱器加熱車內空氣來實現。但這兩種方式均通過燃燒燃油來提供采暖所需能量，既不節能又不環保，而且成本還高。第二、解決因暖風風道布置困難而造成的暖風風速和溫度分布不均的問題。目前普遍通過在車廂內增加車廂暖風散熱器和電子風扇來解決。用水管代替風道作為暖風循環介質的輸送通道，尺寸小易布置，壓力損失低，從而解決暖風風道布置困難的問題。通過電動水泵將暖風循環介質發動機冷卻液引到車廂暖風散熱器，再通過電子風扇實現熱交換，實現暖風風速和溫度分布的均勻性。