浅议高寒地区客车前风窗玻璃
除霜方案
冯还红
（厦门金龙联合汽车工业有限公司）
Discussion on the defrosting scheme of windscreen of bus in alpine region
Abstract:It analyzes the causes of fogging and frosting of windscreen of bus in alpine region,and puts forward a scheme to solve the frosting on the inner surface of windscreen in alpine area in view of the actual configuration and application of air conditioning warm air system in bus in China,and good results have been obtained in practical use.
Keywords:windscreen,defrost,humidity control.
摘要：分析了高寒地区客车前风窗玻璃起雾、结霜的原因，针对我国客车空调暖风系统配置及使用的实际情况，提出了一种解决高寒地区前风窗玻璃内表面结霜的方案，该方案在实际使用中取得了良好的效果。关键词：高寒地区前风窗玻璃除霜湿度调节
0引言
在高寒地区（如黑龙江省）冬季环境温度达到-20℃条件下，客车前风窗玻璃内表面结霜影响驾驶员视线和行车安全的问题已变的越来越突出[1]。由于国内经济发展水平有限，加之客车市场竞争异常激烈，国产客车暖风和除霜系统主要由燃油液体加热器、除霜机和安装在乘客区地板上的强制散热器组成。随着国内油价进一步上涨，取暖和除霜基本完全依靠发动机冷却液提供热源，而燃油液体加热器只是在发动机冷启动时才使用，热源不足造成客户不情愿或开启天窗对车内空气进行换气。因此，有必要针对上述情况对国产客车前风窗玻璃内表面结霜的原因进行研究，有针对性地提出解决方案并对其中的关键技术进行论述。
1客车风窗玻璃内表面结霜原因
玻璃起雾的原因有两种，一是当温度不变而空气中
水蒸气的含量越来越高，相对湿度超过100%后空气中
有水滴析出；二是当空气中水蒸气的含量不变，但是温度降低至露点温度以下时，空气会在玻璃表面结露。起雾后如果玻璃内表面的温度低于0℃，此时便会结霜。
根据研究表明，12米客车乘员人数50人、环境温度在20℃条件下1h 内呼吸产生水的重量为2.5kg 。这些
水分将释放在乘客舱中，由于发动机的余
热有限，为了保证乘客舱的采暖需求，不可能采用全外循环将湿空气排出车外，这样就造成乘客舱的空气相对湿度越来越高[2]。湿空气的露点温度随着空气相对湿度的升高而升高，在高寒地区，车外温度往往在-20℃以下，一般远低于此时车内空气的露点温度，因此玻璃内表面很容易起雾、结霜。
2结霜问题解决方案
结合我国国情，解决此问题的主要思路就是对外
界干燥寒冷空气加热后通过仪表台合理送风，在前风窗玻璃内侧表面形成一风幕，
阻止车内人员呼吸产生的湿空气在玻璃内表面结霜。主要解决方案有外界干
燥空气来源的加热、仪表台合理送风、前风窗玻璃内侧表面形成一风幕等，具体方案如下。
2.1外界干燥空气的加热
通过在仪表台处安装的外循环除霜机实现。除霜机上设置一个电动风门，仪表台上设计一个除霜开关和一个外循环控制开关，当上述开关按下时，电动风门打开，除霜机即与车外相通，在除霜风机的作用下，
车外干燥寒冷的空气与除霜机内的散热水箱进行热交换，水箱内的防冻液来自发动机，车辆水暖系统的设计应确保发动机流出的防冻液首先流经除霜机的散热水箱，确保即使用户不开启燃油加热器，外界寒冷空气也能由-20℃迅速提高到50℃左右。当外界空气比较污浊或有雪花时可通过开关关闭除霜器的外循环，短时间内采用车内空气循环加热给前风窗玻璃除霜。2.2仪表台合理送风
在仪表台内设计一专用风道，除霜机产生的50℃高温干燥空气通过两个120mm直径的圆形橡胶伸缩风管送入该风道内，橡胶伸缩风管通过自然弯曲最大限度地减少了送风阻力，橡胶伸缩风管与风道的接口位于风道的中部（即客车宽度方向），风道的截面面积不小于120mm直径的圆形面积，这样设计的风道会使该风道形成一个稳定的“静压腔”。静压腔的形成，确保了仪表台上与风道连接的各个出风口风速基本均匀，两侧靠近后视镜处的出风口的风速增大，这样有利于防止倒车后视镜处结霜。
2.3前风窗玻璃内侧表面形成风幕
主要通过仪表台上出风口的形式和布置来实现。仪表台上距离前风窗玻璃内表面60-100mm之间（沿车宽方向）均匀布置8-10个、长130mm、宽度在20-30mm的长条形可调出风口[3]。此形式和布置确保了出风口的出风速度控制在2-7m/s之间，具体大小可根据实际使用情况通过除霜开关挡位控制调节，同时满足了驾驶区噪声控制要求。出风口的温度、形式和布置共同确保在前风窗玻璃内表面形成一个干燥的空气风幕，该风幕自仪表处至前成型顶处，基本覆盖了全部前窗风玻璃，有效地阻止了湿空气在玻璃内表面结霜。
3关键技术应用
3.1空气湿度调节技术
由于客车通风换气较差，无法及时将湿气排除，从而造成车内湿度越来越大，当到达车内温度条件下最大含湿量时必然会产生结露和结霜现象。而前风窗玻璃附近温度要远低于车内温度，造成结霜现象更为严重，唯一的途径是将其与前风窗玻璃隔绝。在车外空气温度在-20℃、相对湿度近乎100%条件下，如果将其温度升高到50℃，其相对湿度会迅速降低，如果将该空气均匀覆盖到前风窗玻璃并与车内空气隔绝，前风窗玻璃内表面附近的温度最低也不会低于-20℃，其相对湿度仍然不会达到100%，从而解决了前风窗玻璃内表面结霜问题。
3.2静压不变的均匀送风风道设计技术
要确保仪表台上各个出风口出风速度均匀，就必须在仪表台内设计一个风道以便形成一个稳态的“静压腔”。出风口出风速度由该处的静压决定，如果静压相同，相同的出风口其出风量必然相同[4]。而整个风道内全压保持不变，全压等于动压和静压之和，动压与风道内风速的平方成正比，除霜机上的橡胶伸缩风管位于风道的中部，在相同的风道截面积条件下，仪表台中部动压大，两侧动压小，也就是说仪表台中部的静压小，两侧静压大，出风速度高，这对于解决车辆两侧倒车后视镜区域除霜较为有利，实际设计时两侧风道面积应略小于中部风道面积，中部风道的截面面积等效于120mm直径的圆形截面积，两侧
风道的截面面积等效于100mm直径的圆形截面积。这样可确保各个出风口风速相同，使吹向倒车后视镜的风口风速适当增大。
3.3非等温受限贴附射流技术
非等温意味着仪表台出风口温度为50℃，而驾驶区空间温度约为20℃，靠近前风窗玻璃表面空间的温度则更低，这样有利于增加气流的射程，另外可避免外界-20℃直接进入车内造成驾驶员和导游的不舒适。受限贴附射流是指从仪表台长条形吹出的50℃的高温空气受到前风窗玻璃的限制，与另一侧驾驶区的空气进行热交换，所以沿射流射程所混入的空气量比自由射流时减少一半，因此射流衰减慢，射程比同样风口的自由射流的射程增加至车顶前成型顶处，有利于在前风挡玻璃内侧表面形成一干燥的风幕。图1是应用
CAE分析软件对某双层玻璃客车前风窗玻璃非等温受限贴附射流分析结果。（下转36页）
加速度和冲击力都大大减小，有效地降低齿轮的冲击噪声并提高传动系统寿命和稳定性。4.4前后端相对扭振角
前后端相对扭振角是曲轴前端皮带轮与后端飞轮之间的相对扭转角度，它反映了曲轴扭振的强烈程度，对整车的舒适性和曲轴本身的可靠性都有重要影响。从图8相对扭振角曲线可以看出，
采用双质量飞轮后，曲轴前后端的相对扭振角没有超出0.6°的设计指标，满足产品的开发要求。
5结束语
a.采用发动机曲轴系集中质量当量系统扭振计
算方法，能够准确分析曲轴系的扭转振动。
b.匹配双质量飞轮的扭振系统频率与发动机怠
速的激励频率比值较大，能有效隔开怠速工况的发动机振动。
c.双质量飞轮第二级质量的转速波动、
角位移和角加速度较第一级质量都大大减小，
有效降低了传动系统后端齿轮间的冲击，保证了传动系统工作更加稳定。
参考文献
[1]唐明祥，唐心龙，董桂军.4102BZQ 弹性飞线性双质量飞轮
参数对减振影响的仿真研究[J].噪声与振动控制，2010，2：
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[2]邓晶，钟蔚，吕冰.曲轴轴系的扭转振动计算[J].压缩机技术，2012，04：26-30.
[3]王祺.内燃机轴系扭振振动[M].大连：大连理工大学出版社，
1991：103-116.
收稿日期：2019-06-13
转速，r/min 0.550.5
0.450.40.350.3
0.250.2
1000150020002500300035004000450050005500
图8相对扭振角曲线
（上接32页）
4结论
图2为采用上述方案的黑龙江哈绥高速-20℃
环境温度实车前风窗玻璃100%除霜试验照片，实践证明，利用外界干燥
寒冷空气加热后通过仪表台
合理送风，
在前风窗玻璃内侧表面形成一风幕，阻止湿空气在玻璃内表面结霜方案是目前彻底解决-20℃环境温度下国产客车前风窗玻璃内表面结霜问题
有效的方法。此方案综合应用空气湿度调节技术、静压不变的均匀送风风道设计技术和非等温受限
贴附射流技术，不仅解决多年的技术难题，而且促进了我国客车行业在该技术领域的进步。
参考文献
[1]李庆云.东北客车的除霜技术解决方案[J].客车技术与研究，2008，5：26.
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柴浩.高寒地区客车前风窗玻璃除霜分析及改进[J].客车技术与研究，2008，2：35-38.[4]孔祥梅，韩艳美.基于CFD 分析的汽车除霜风道优化设计
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收稿日期：2019-06-21
7.32e+00
6.95e+006.59e+006.22e+005.85e+005.49e+005.12e+004.76e+004.39e+004.02e+003.65e+003.29e+002.93e+002.56e+002.20e+001.83e+001.46e+001.10e+00
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Z
Y X
图1非等温受限贴附射流形成风幕CAE 分析结果
图2高寒地区实车前风窗玻璃除霜试验结果