【正文】 14 熱量 Qmax=33 1880=62040 千焦 /小時(shí) =。如何給車輛匹配一臺(tái)合適的加熱器，是我們首先考慮的問題。這種研發(fā)模式成本高，并且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，一旦樣機(jī) 出現(xiàn)問題較多，就要對(duì)其進(jìn)行大幅度的改動(dòng)，甚至要重新制作樣機(jī)，延長(zhǎng)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到問世的時(shí)間，不利于加熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。熱交換器方面，現(xiàn)在大多數(shù)加熱器均采用螺旋式水腔進(jìn)行換熱，因加熱器結(jié)構(gòu)尺寸的限制使該類換熱器換熱面積受到制約，熱量損失較大，加熱器熱效率較低，因此提高熱交換器換熱效率是很有意義的工作． (3)控制系統(tǒng)方面國(guó)內(nèi)加熱器控制電路集成化程度低，而且防護(hù)措施不到位，因此研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，便于拆裝，可靠性高的控制系統(tǒng)十分重要。具體安裝方案詳見圖紙。 加熱器 在汽車上的安裝 如圖 21 是客車中的加熱器安裝 布置 示意圖。分子機(jī)械磨損指金屬表面相互接觸，發(fā)生相當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)在金屬零件表面發(fā)生的類似于金屬切削的磨損。此外，可結(jié)合特殊用途的需要，將加熱器應(yīng)用到軍事滅菌車、救護(hù)車等車輛上，同時(shí)還可為野外帳篷供暖，由于體積小適合單兵攜帶，因此在軍事上有著廣泛的應(yīng)用前景。例如在 40℃時(shí)， M520B 型發(fā) 10 動(dòng)機(jī)預(yù)熱后其發(fā)動(dòng)機(jī)的熱態(tài)啟動(dòng)阻力矩為 220N． m，而進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)的阻力矩則為 ，熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩下降 32%，啟動(dòng)轉(zhuǎn)速增加 20r/min，因被預(yù)熱的機(jī)體對(duì)所進(jìn)冷空氣也有一定的加熱作用，從而提高了缸內(nèi)氣體壓縮終了的溫度和壓力：另外，加熱器還可以加熱蓄電池，從而提高蓄電池的輸出功率，以增加起動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)力矩，提高發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。 蒸發(fā)霧化式加熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般采用流量很小的低壓電磁泵將燃油輸送到燃燒室頭部的燃油吸附網(wǎng)上，燃油受熱蒸發(fā)后被助燃空氣卷吸進(jìn)燃燒室參與燃燒。缺點(diǎn)是小流量高壓油泵制造困難且噴油孔過細(xì)容易堵塞，同時(shí)加熱器的體積、重量和成本也會(huì)因此增加。氣暖加熱器主要用于對(duì)空氣分布質(zhì)量要求不高的商用車輛如中巴車、卡車、貨車、工程車，尤其是長(zhǎng)途貨運(yùn)車等。 車用加熱器的分類 (1)按燃燒燃料分 按照加熱器使用的燃料可將加熱器分為燃油加熱器、燃?xì)饧訜崞?、燃油燃?xì)怆p燃料加熱器。如若點(diǎn)火成功且著火傳感器探測(cè)到火焰穩(wěn)定后，點(diǎn)火電極停止跳火，燃燒指示燈亮，加熱器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。整個(gè)加熱器的運(yùn)行過程由單片機(jī)內(nèi)設(shè)定的控制程序控制。 換熱系統(tǒng)作為加熱器的重要組成部分，其作用是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞到換熱介質(zhì)中。 控制系統(tǒng)的功能是通過著火傳感器、水溫傳感器等各種傳感器的信號(hào)，控制加熱器的點(diǎn)火、熄火過程，實(shí)現(xiàn)加熱器的過熱保護(hù)，并控制受熱體、燃燒室及換熱介質(zhì)的溫度． 燃料供給系統(tǒng)的作用是通過油泵將燃料以噴霧或燃油蒸汽的形式提供到燃燒室中。非獨(dú)立式供暖系統(tǒng)也稱余熱式供暖系統(tǒng)，熱量來自于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻熱水或廢氣。首先對(duì)加熱器進(jìn)行了原理分析，并對(duì)黃?？蛙囓噹麩嶝?fù)荷計(jì)算合理匹配加熱器，以摸清這些因素對(duì)加熱器性能的影響，合理選擇水泵、高壓油泵、合理的進(jìn)風(fēng)量，然后對(duì)加熱器進(jìn)行了尺寸調(diào)研分析，換熱管的方案分析；設(shè)計(jì)了不同規(guī)格的尾氣換熱器并進(jìn)行了試驗(yàn)；對(duì)不同情況的加熱器安裝方案進(jìn)行分析；對(duì)油嘴分別進(jìn)行了不同噴油角度、不同噴油錐體、不同噴油量的分析，優(yōu)化它們對(duì)加熱器性能的最佳影響 情況。 (4)另外還可以改進(jìn)換熱器的結(jié)構(gòu)，通過提高高溫燃?xì)馀c換熱介質(zhì)（水或者空氣）的換熱效率來提高加熱器的總體熱效率。應(yīng)該不斷采用新型輕質(zhì)材料如合成塑科等，盡量用整體壓鑄部件代替裝配件和焊接件。而國(guó)內(nèi)某些產(chǎn)品的控 制電路仍然采用了很多接插件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不便于拆裝，可靠性也較差。價(jià)格是把“雙刃劍”，國(guó)內(nèi)加熱器廠 家依靠?jī)r(jià)格優(yōu)勢(shì)取得了市場(chǎng)的成功。和外資品牌相比，國(guó)產(chǎn)車用加熱器產(chǎn)品性價(jià)比高．在本土市場(chǎng)具有比較大的價(jià)格比較優(yōu)勢(shì)。該加熱器設(shè)計(jì)水平為國(guó)際先進(jìn) ,國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。 長(zhǎng)安大學(xué)在降低加熱器工作 噪音、提高點(diǎn)火性能以及排放水平等方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。 國(guó)內(nèi)加熱器研究現(xiàn)狀 我國(guó)的車用燃油加熱器與歐美相比起步較晚， 1965 年才開始國(guó)內(nèi)第一臺(tái)加熱器的研制。 德國(guó) Eberspacher 公司是一家以發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理與汽車采暖系統(tǒng)為主的跨國(guó)企業(yè)，也是世界汽車零部件百?gòu)?qiáng)企業(yè)之一。 德國(guó)的 Webasto 公司是一家具有百年歷史的跨國(guó)企業(yè)，是世界汽車零部件百?gòu)?qiáng)企業(yè)之一。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外加熱器研究現(xiàn)狀 在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，車用加熱器已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。 目前國(guó)內(nèi)加熱器的市場(chǎng)狀況，仍然是以客車和城市公交車以及軍事用車配套為主?；谝陨戏N種優(yōu)點(diǎn)，加熱器得到了迅猛發(fā)展。車用燃油加熱器正好滿足了這一需求，無論是在駐車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉期間還是在行車期間加熱器均可為車輛提供適宜的溫度。 1 第 1 章 緒 論 課題研究前景 全套圖紙，加 153893706 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)乘坐汽車的舒適性、安全性要求越來越高，作為獨(dú)立熱源的加熱器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而隨著燃油價(jià)格和燃油稅的大幅度上升，人們不得不考慮減少燃油消耗，特別是減少發(fā)動(dòng)機(jī)不必要的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。低溫環(huán)境下預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，則解決了低溫起動(dòng)難、起動(dòng)慢的問題，同時(shí)還能有效地降低低溫冷起動(dòng)過程的排放，減少發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)磨損、延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命、提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性等。我國(guó)加熱器市場(chǎng)雖未 2 完全成熟，但有越來越多的公交車、中高檔客車、甚至轎車都裝配了加熱器產(chǎn)品。噴霧霧化式加熱器由于燃油跟空氣混合充分，燃燒完全，熱效率高，有害排放少，所以要重點(diǎn)研究噴霧霧化加熱器來滿足大功率加熱的需要。例如德國(guó) Eberspacher 公司和 Webasto 公司，日本的三國(guó)等。在產(chǎn)品的小巧美觀方面Webasto 也取得了突破，其研制的 Air Top 2020 S 氣暖加熱器的外型尺寸僅 317 l2l 120mm，外殼由塑料制成，輕巧別致。作為世界領(lǐng)先的車用加熱器生產(chǎn)廠， Eberspacher和 Webasto 都建有專門的研究中心，在燃燒技術(shù)，噪音控制，溫度自動(dòng)化控制及排放水平等方面具有很多成熟的經(jīng)驗(yàn)和成果。其中河北宏業(yè)與山東大學(xué)合作，北京京威與長(zhǎng)安大學(xué)合作。其中具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 小型液體加熱器填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在轎車、微型車及工程車等汽車上應(yīng)用的空白。目前我 國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)加熱器的廠家主要有河北宏業(yè)、北京京威、河北南風(fēng)三家企業(yè)。除此之外，河北宏業(yè)還積極拓展海外市場(chǎng)，連續(xù)三年參展俄羅斯車展，越來越多的加熱器出口到俄羅斯、新西蘭等國(guó)家。 國(guó)內(nèi)外的技術(shù)差距 (1)控制系統(tǒng)方面：國(guó)外的控制電路的集成化程度較高，且防護(hù)措施較好．德國(guó)韋巴斯托公司研制的加熱器的控制電路扳全部采用集成電路，且外面有一個(gè)防水涂層，可靠性較高。 (2)結(jié)構(gòu)布置方面：與國(guó)外產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單緊湊和輕巧方面還有很大的發(fā)展空間。今后需要在助燃空氣流動(dòng)組織和燃油霧化方面不斷改進(jìn)，如合理高效的助燃空氣導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，各級(jí)進(jìn)氣孔的布置方案，研究新的燃油霧化方法等。 課題主要研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)基于河北宏業(yè) YJPQ 系列燃油加熱器為研究對(duì)象。汽車供暖設(shè)備按所使用的熱源可分為：非獨(dú)立式供暖系統(tǒng)和獨(dú)立式供暖系統(tǒng)。 車用加熱器 工作原理 車用加熱器主要由五部分組成，包括：控制系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、配風(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)。燃燒室的結(jié)構(gòu)及大小因功率和燃料供給方式的不同而不同．點(diǎn) 7 火裝置（一般是點(diǎn)火電極）的作用是在加熱器起動(dòng)時(shí)迅速點(diǎn)燃可燃混合物。若是空氣加熱器，則空氣吸熱后直接進(jìn)入車廂供暖：而對(duì)于液體加熱器，熱水還要進(jìn)入另外的換熱器將熱量傳遞給空氣后供車廂取暖和除霜用。 (1)開機(jī)程序 按下開 機(jī)按鈕，加熱器啟動(dòng)，風(fēng)扇和水泵工作，控制器檢測(cè)各元件工作是否正常，如發(fā)現(xiàn)任何故障則點(diǎn)火過程停止，并通過燃燒指示燈報(bào)警，用戶可根據(jù)指示燈閃爍的情況對(duì)照說明書對(duì)加熱器故障進(jìn)行判斷并予以排除。 (3)故障停機(jī) 加熱器運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障自動(dòng)熄火，控制程序會(huì)自動(dòng)重新點(diǎn)火；當(dāng)加熱器的工作電壓偏離正常范圍（一般為 24V）時(shí)，加熱器會(huì)停機(jī)并報(bào)警；加熱器運(yùn)行時(shí)如果控制器檢測(cè)到某一元件不正常時(shí)，也會(huì)自動(dòng)停機(jī)并通過故障指示燈報(bào)警． (4)正常關(guān)機(jī) 在需要停機(jī)時(shí)按下關(guān)機(jī)開關(guān)，首先是油泵停止供油，而風(fēng)扇電機(jī)和水泵繼續(xù)運(yùn)行，帶動(dòng)風(fēng)扇繼續(xù)供風(fēng)和水路循環(huán)，直到加熱器冷卻后，系統(tǒng)徹底停止運(yùn)行，燃燒指示燈熄滅，整個(gè)延時(shí)過程大 約持續(xù) 3 分鐘。液暖加熱器主要以循環(huán)水作為換熱介質(zhì)，水暖式加熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水管路、空調(diào)中的暖風(fēng)芯子的水路相通，不僅可作為車廂采暖除霜用，而且可以預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑油，有利于低溫條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；氣暖加熱器一般采用空氣作為 換熱介質(zhì)，氣暖加熱器的換熱器結(jié)構(gòu)比水暖加熱器的復(fù)雜，內(nèi)表面和外表面均布滿翅片狀的換熱片，可將被加熱的空氣直接送往受暖區(qū)域，其最大特點(diǎn)是供暖迅速及時(shí)，可適用于野外作業(yè)取暖之用。與其他霧化方式相比，噴霧霧化的燃燒速 度快，效率高，因此噴霧霧化式主要應(yīng)用在大功率的加熱器上，目前國(guó)外的汽車加熱器多采用這種方式。同時(shí)油滴直徑受到甩油盤的轉(zhuǎn)速影響，容易隨電機(jī)轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生 波動(dòng)，從而導(dǎo)致加熱器的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，存在低溫啟動(dòng)困難和排放較高等問題，應(yīng)用較少。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)加熱器預(yù)熱后，可提高氣缸、活塞、活塞環(huán)及各摩擦副和機(jī)油溫度，由此能大大降低啟動(dòng)阻力。目前加熱器主要用于轎車，客車，以及花卉、鮮活魚類等的運(yùn)輸車。 (4)減少機(jī)件之間的摩擦力，延緩零件損壞 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)磨損主要由分子機(jī)械磨損和腐蝕機(jī)械磨損引起。 (5)降低汽車?yán)淦饎?dòng)時(shí)的有害排放 發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)由于氣缸壁和燃燒室壁面溫度低，燃油霧化質(zhì)量差以及多個(gè)循環(huán)后才著火等一系列因素，使得發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后及隨后一段時(shí)間內(nèi)排氣中有害物 CO、 HC和微粒的捧放濃度比正常工作時(shí)高出幾十倍，而采用加熱器預(yù)熱后，能夠提高缸壁溫度，改善霧化質(zhì)量，減少著火前的空循環(huán)次數(shù)，顯著降低上述污染物的排放量。獨(dú)立方式不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，但是控制較為簡(jiǎn)單。在提高燃燒效率方面，預(yù)蒸發(fā)燃燒是一種較為先進(jìn)的燃燒方式。 (4)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用起初在加熱器的研制的過程中往往采用經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，先憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)試制出樣機(jī)，然后再對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的情況再做迸一步改進(jìn)，最后確定新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、尺寸等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 13 第 3章 黃?？蛙嚰訜崞鞴β实钠ヅ溆?jì)算 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，為解決冬季汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)和司乘人員的取暖問題，降低起動(dòng)與暖機(jī)過程中的排放，實(shí)現(xiàn)車窗除霜、車內(nèi)取暖，目 前加裝獨(dú)立式燃油加熱器的車輛越來越多。 表 丹東黃海客車技術(shù)參數(shù) 丹東黃?？蛙? 項(xiàng) 目 單 位 指 標(biāo) 外形尺寸 mm 7990 2350 3240 軸距 mm 3800 額定乘員（含駕駛員） 人 19~33 車廂內(nèi)高 mm 1920 最高車速 Km/h 120? 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) YC4112ZLQ 額定功率 kw/r 132/230 最大扭矩 N? m/r 660/1400 噪聲 dB ? 115 質(zhì)量 Kg 400 一般車輛加熱器功率的計(jì)算方法 按交通部 JT/T3252020《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及 等級(jí)評(píng)定》，乘客人均采暖量 1880 千焦 /小時(shí)。 車輛運(yùn)行時(shí)，加熱器主要為加熱車廂中的空氣提供熱量，要在克服通過車輛外表向外界環(huán)境散熱的同時(shí)，使車廂內(nèi)空氣溫度保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，這時(shí)的熱平衡關(guān)系可表示為： Wk? t Cp? m? △ T=K? F? △ T? t (3— 1) 其中： Wk 為加熱器功率 (Kw) Cp 為空氣的定壓比熱（ KJ/Kg? K) m 是客車內(nèi)部的空氣質(zhì)量（ Kg) △ T為客車的內(nèi)外溫差（ K) F 為當(dāng)量散熱面積， F= FwFn? （ 3— 2） Fn 和 Fw分別為車廂的內(nèi)外散熱面積（㎡ ） t 是加熱時(shí)間（ s） K 是廂體的總傳熱系數(shù)（ W/㎡ h F 玻 K） F 玻 一玻璃窗的面積 (㎡ ) △ T車內(nèi)外最大溫差 (K) t加熱時(shí)間 (h) 將表 中所給值代入式 (36)計(jì)算得 W1=11385 kJ 車壁散熱量 車壁