淺談汽車空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘 要：從外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)、自動(dòng)化空氣質(zhì)量調(diào)控、CFD優(yōu)化及集成系統(tǒng)等方面，對汽車空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)歸納總結(jié)后，結(jié)合自我工作經(jīng)驗(yàn)，對汽車空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)系統(tǒng) 壓縮機(jī) 熱交換器

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0113-02

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭形式也日趨嚴(yán)峻，為了在汽車市場中占據(jù)一席之地，生產(chǎn)出安全可靠性較高、經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)越、節(jié)能減排的新型美觀實(shí)用汽車，已成為各大汽車生產(chǎn)廠商研究發(fā)展的重要方向。加上人們生活水平、消費(fèi)水平等在不斷提高，有車一族除了在數(shù)量上不斷擴(kuò)大外，對汽車乘駕舒適性、安全性等均提出了更高的技術(shù)要求。汽車空調(diào)系統(tǒng)作為汽車舒適性和安全性評估的重要系統(tǒng)，是汽車采暖、制冷、除霜、除霧、空氣過濾、溫濕度自動(dòng)控制的核心系統(tǒng)。因此，汽車是否配備高性能的空調(diào)設(shè)備及調(diào)控系統(tǒng)，在一定程度上影響汽車被人們的接收程度。環(huán)保、節(jié)能、新能源代替原動(dòng)力車等因素，在很大程度上對汽車空調(diào)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行工況特性提出了更高的技術(shù)性能要求[1]。我國市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在很大程度上刺激了汽車需求量的快速增長，伴隨汽車空調(diào)也進(jìn)入一個(gè)嶄新的研究發(fā)展階段，各種新技術(shù)、新控制手段不斷涌現(xiàn)，因此，合理掌握汽車空調(diào)行業(yè)的研究發(fā)展趨勢，以便準(zhǔn)確應(yīng)用到新車型開發(fā)中，有效提高汽車生產(chǎn)廠家的綜合競爭力，就顯得非常有工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

1 汽車空調(diào)新技術(shù)研究現(xiàn)狀

與常規(guī)汽車空調(diào)系統(tǒng)相比，在研究人員和汽車工程優(yōu)化人員共同努力下，新一代空調(diào)系統(tǒng)無論是對汽車內(nèi)空氣質(zhì)量的改善功能，還是在綜合調(diào)控自動(dòng)化性能等方面，均有了很高的提高。新汽車空調(diào)系統(tǒng)通過先進(jìn)的傳感器技術(shù)、合理結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、綜合布線技術(shù)的有機(jī)集成統(tǒng)一，可以達(dá)到30%以上節(jié)能效果，不僅能夠準(zhǔn)確可靠采集到汽車內(nèi)外空間中的實(shí)時(shí)濕度、溫度、空氣流速、以及光照等特性參數(shù)，同時(shí)能夠通過內(nèi)部智能運(yùn)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)溫濕度、冷凝風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)速度等特性參數(shù)的智能調(diào)節(jié)控制，即可以實(shí)現(xiàn)ECU智能自動(dòng)調(diào)控控制，動(dòng)態(tài)改善汽車內(nèi)部空間中的空氣質(zhì)量，具備自動(dòng)去除車內(nèi)異味、有毒有害氣體、噪音、防止車霜車霧等功能，能夠?yàn)轳{車人員提高良好的車內(nèi)環(huán)境，確保行駛安全[2]。

1.1 外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)

外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)是汽車空調(diào)壓縮機(jī)研究發(fā)展的重要方向，目前在德國大眾系統(tǒng)汽車中得到廣泛使用，其運(yùn)行原理與常規(guī)內(nèi)部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)十分相似，不同點(diǎn)在于控制閥配置一電磁單元。該系統(tǒng)通過高性能傳感器從蒸發(fā)器出風(fēng)口處獲得溫度、濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)字信號，并經(jīng)內(nèi)部相關(guān)程序判斷自動(dòng)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)功率的無級自動(dòng)調(diào)控，能夠大大減少空氣壓縮機(jī)運(yùn)行能耗。外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)，其在運(yùn)行過程一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)工況，在功率調(diào)節(jié)過程中采用無極調(diào)控，不會(huì)出現(xiàn)接合沖擊等問題，進(jìn)而提高了空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)性能、溫濕度調(diào)節(jié)等的舒適性。通過直接采集蒸發(fā)器出口處的溫度、濕度等信號，并經(jīng)內(nèi)部智能運(yùn)算分析形成對應(yīng)調(diào)控決策，使得汽車空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的制冷量、熱負(fù)荷、以及功能損耗等諸多方面得到較為完美匹配，能夠獲得較為良好的節(jié)能降耗效果。另外，由于外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)，其排量可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況需求，經(jīng)合理調(diào)控達(dá)到近到0運(yùn)行工況，運(yùn)行能耗能夠得到有效控制，且采用樹脂離合器，體積小、質(zhì)量輕，可以使壓縮器質(zhì)量減小近20%。且變排量壓縮機(jī)采用新皮帶輪結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了皮帶傳動(dòng)和空調(diào)壓縮機(jī)間的作用力傳遞，進(jìn)而消除壓縮機(jī)調(diào)控過程中扭矩波動(dòng)可能引起的過載問題，起到較好保護(hù)作用。

1.2 自動(dòng)化空氣質(zhì)量調(diào)控

以法雷奧集團(tuán)（Valeo）集團(tuán)公司生產(chǎn)的新型汽車空調(diào)智能調(diào)控系統(tǒng)而言，其采用自動(dòng)智能內(nèi)循環(huán)動(dòng)態(tài)調(diào)控方式，以安裝在空調(diào)系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量污染傳感器作為主要調(diào)控信號采集單位，當(dāng)污染傳感器在運(yùn)行過程中檢測到運(yùn)行環(huán)境中存在CO、NO2等有毒有害氣體時(shí)，則汽車空調(diào)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)切換到內(nèi)循環(huán)風(fēng)模式，隔絕與外界空氣的對流，實(shí)現(xiàn)對有毒有害氣體的有效隔離，確保車內(nèi)駕乘人員的安全。自動(dòng)智能內(nèi)循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng)中，還配置有空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)的香味傳播器，客戶可以據(jù)自己喜好選擇對應(yīng)的香味劑，以確保汽車內(nèi)部具有良好的清新空氣。另外，在該空調(diào)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員將光催化劑（TiO2）均勻涂抹在蒸發(fā)器及暖風(fēng)機(jī)箱殼體內(nèi)部，其在空氣中經(jīng)光化學(xué)作用，可以有效去除車內(nèi)空氣中存在的有毒有害氣體，實(shí)現(xiàn)更新空氣、殺滅細(xì)菌等功能，同時(shí)其良好的再生功能在很大程度確保其性能的正常發(fā)揮和較長的使用壽命。據(jù)一些測試數(shù)據(jù)表明，此種內(nèi)循環(huán)風(fēng)模式的新汽車空調(diào)系統(tǒng)，其在運(yùn)行6min后，基本可以去除空氣中近70%以上的甲苯成分，其空氣凈化能力相當(dāng)強(qiáng)。自動(dòng)化空氣質(zhì)量調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步研究發(fā)展和應(yīng)用，將使得汽車內(nèi)部更加個(gè)性化和舒適化。

1.3 CFD優(yōu)化及集成系統(tǒng)

為了分析風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)對風(fēng)量分配和送風(fēng)量的影響，通過CFD軟件對風(fēng)道內(nèi)部的速度場和壓力場進(jìn)行模擬仿真分析，并加入等比例的人體仿真模型以模擬整車操控運(yùn)行環(huán)境中通風(fēng)性能，進(jìn)而準(zhǔn)確模擬分析計(jì)算獲得人體在汽車空間內(nèi)部大的表面舒適度，以便設(shè)計(jì)人員根據(jù)模擬數(shù)據(jù)準(zhǔn)確修正汽車空調(diào)系統(tǒng)中某些特性參數(shù)，進(jìn)而縮小研究工作面，減少研發(fā)時(shí)間，提高汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)更新速度，有效搶占有限的市場空間。同時(shí)，經(jīng)CFD整車優(yōu)化后，可以為HVAC與汽車儀表板有效集成提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，便于做成一體化的多功能復(fù)合式結(jié)構(gòu)，在提高性能的同時(shí)，也節(jié)省了空間，降低重量和成本。德國BEHR公司自主研發(fā)的TSM-熱力組件模塊，其具有較高集成自動(dòng)化水平，不僅能夠降低汽車生產(chǎn)廠商分部件購買成本、整車總裝配速度、以及整車體積和重量，在一定程度上增強(qiáng)了汽車車內(nèi)空間的集成集約化視覺效果和增大了車內(nèi)空間。隨著CFD軟件的進(jìn)一步完善及應(yīng)用的進(jìn)一步成熟，數(shù)值模擬不僅可以方便地改變汽車風(fēng)道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算條件，同時(shí)還具有模擬仿真特性強(qiáng)、成本低，且能自動(dòng)模擬較復(fù)雜或較理想運(yùn)行工況等諸多優(yōu)點(diǎn)，為汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2 汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

汽車空調(diào)系統(tǒng)其運(yùn)行工況較為復(fù)雜且多變，光照、環(huán)境、海拔等氣象條件，冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)等功能單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與布置等，均對汽車空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有著非常重要的影響。

2.1 空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢

渦旋式壓縮機(jī)具有吸排氣連續(xù)、氣流脈動(dòng)較小、壓力損失較低、啟動(dòng)性能好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較高、容積效率比較大等優(yōu)點(diǎn)，將成為汽車空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)展的主流方向。另外，節(jié)能降耗也是空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)展的重要方向，尤其是高轉(zhuǎn)速功耗控制、排量動(dòng)態(tài)可變、集成小型化、低振噪化等發(fā)展方向，將成為研究重點(diǎn)。

2.2 熱交換器發(fā)展方向

如何強(qiáng)化熱交換系統(tǒng)換熱比、降低熱阻、集成結(jié)構(gòu)縮小體積減輕質(zhì)量、提高單位體積傳熱面積等也是熱交換器系統(tǒng)研究的重要方向。如何提高冷凝器、蒸發(fā)器等功能單元的換熱效率，提高壓縮機(jī)做功能力，減少空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)道、管路、設(shè)備的壓力損失，尋找制冷系數(shù)高、對大氣臭氧層無破壞、無溫室效應(yīng)的新型制冷劑，也是汽車空調(diào)系統(tǒng)以后研究的重要內(nèi)容。

2.3 全自動(dòng)智能化空調(diào)系統(tǒng)

隨著傳感器技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、綜合布線技術(shù)等技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的不斷完善，空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展將向個(gè)性化、舒適vUpbFW8gSIEjEuRYO4Ln0w==化、多功能集成集約化等方向快速發(fā)展。在汽車空調(diào)系統(tǒng)中增配輔助加熱系統(tǒng)、負(fù)離子發(fā)生器、以及車載冷藏箱等功能單元，能夠有效改善汽車內(nèi)部空間質(zhì)量環(huán)境，提高駕乘人員在行乘過程的整體舒適性。利用功能集成化和結(jié)構(gòu)集約化等優(yōu)化改進(jìn)技術(shù)，將全自動(dòng)智能空調(diào)、汽車音響、倒車?yán)走_(dá)等諸多功能有效集約到一個(gè)模塊中，共用一個(gè)顯示屏，可以有效解決汽車內(nèi)部儀表板布設(shè)位置不足等問題，且能提高整車內(nèi)部空間的緊湊性視覺效果。

3 結(jié)語

汽車空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)廠家為了在市場中占據(jù)穩(wěn)定的一席，在未來新型汽車空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)過程中，必須與汽車開發(fā)相同步，以適應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越緊湊、節(jié)能環(huán)保、新能源動(dòng)力代替等變化，以與新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高、電氣化、混合驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、以及其它新型功能零部件使用后相匹配。

參考文獻(xiàn)

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