變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)特性分析

孫德生

（牡丹江富通汽車空調(diào)有限公司，黑龍江 牡丹江 157003）

1 引言

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)依靠汽車空調(diào)壓縮機(jī)工作。根據(jù)汽車空調(diào)壓縮機(jī)原理可以分為定排量和變排量壓縮機(jī)。定排量壓縮機(jī)的排氣量與汽車發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，不能根據(jù)實(shí)際制冷要求自動(dòng)改變輸出功率。因此定排量壓縮機(jī)不僅燃油經(jīng)濟(jì)性低，對(duì)車內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定較差。變排量壓縮機(jī)根據(jù)所設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出，可以根據(jù)車內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功率，保證車內(nèi)溫度恒定。變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)通過檢測(cè)汽車內(nèi)部負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)對(duì)搖板角度、活塞行程改變，實(shí)現(xiàn)最小能耗下舒適車內(nèi)環(huán)境。變排量壓縮機(jī)根據(jù)汽車負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)整，確保汽車內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定前提下有效降低能耗。但是變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)振蕩和結(jié)霜。

2 變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)

2.1 變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件是變排量壓縮機(jī)，冷凝器、蒸發(fā)器等也是系統(tǒng)組成部分；此外包括輔助元件如連接管道等。變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)與定排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)不同在于壓縮機(jī)排量不同。下面建立變排量壓縮機(jī)模型，分析變排量壓縮機(jī)特性。

2.2 變排量壓縮機(jī)模型建立

五缸變排量搖板式壓縮機(jī)的排量從在每轉(zhuǎn)20cm3到160 cm3內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變化。根據(jù)變排量壓縮機(jī)機(jī)械原理和基本結(jié)構(gòu)建立變排量壓縮機(jī)簡(jiǎn)化模型圖，如圖1所示。變排量壓縮機(jī)模型包括控制閥模型、壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型和壓縮過程模型三部分。通過控制閥數(shù)學(xué)模型將搖板箱壓力、吸排氣壓力間聯(lián)系構(gòu)建起來；運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型可以建立活塞行程與排氣吸氣壓力、搖板箱壓力和轉(zhuǎn)速間關(guān)系。壓縮過程模型由吸氣壓力和溫度、排氣壓力和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速確定壓縮機(jī)制冷劑的流速和溫度。

變排量壓縮機(jī)運(yùn)行中，活塞行程越大所受摩擦力矩越大，反之亦然。這是由于活塞行程較小時(shí)摩擦力矩與吸氣壓力所形成的的力矩具有相同方向；行程超過臨界值時(shí)，摩擦力矩與吸氣壓力形成的力矩方向相反。因此活塞行程增大過程中達(dá)到臨界值時(shí)吸氣壓力要大于行程減小時(shí)的臨界吸氣壓力。通過控制閥和運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型，可以將變排量壓縮機(jī)的不同排氣壓力、搖板角下行程增加和減小時(shí)的臨界吸氣壓力、及壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算出來。

考慮到汽車空調(diào)部件組成屬性及求解便利，將汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器和儲(chǔ)液干燥器結(jié)合到一起。由于平行流冷凝器的傳熱管為多孔矩形，將冷凝器分為熱冷區(qū)以及中間區(qū)。將變排量壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和儲(chǔ)液干燥器及熱力膨脹閥四部件穩(wěn)態(tài)模型有機(jī)結(jié)合到一起，形成變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型。

3 變排量壓縮機(jī)特性分析

變排量壓縮機(jī)通常包括四種基本模式，四種模式分別對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)四種不同特性。變排量壓縮機(jī)使用中四種工作模式都會(huì)出現(xiàn)。因此分析變排量壓縮機(jī)在四種模式下的穩(wěn)態(tài)特性，可以對(duì)實(shí)際變排量壓縮機(jī)工作情況起到很好指導(dǎo)作用。

建立的模型中，假定變排量壓縮機(jī)系統(tǒng)的工作條件為每分鐘1500轉(zhuǎn)、1750轉(zhuǎn)、2000轉(zhuǎn)，Tcai=35℃，jeai=50%，蒸發(fā)器模擬汽車正常行駛時(shí)的環(huán)境，冷凝器所處的環(huán)境的風(fēng)速是壓縮機(jī)正常轉(zhuǎn)速的0.25%。

（1）定轉(zhuǎn)速定行程時(shí)系統(tǒng)特性

變排量壓縮機(jī)處于定轉(zhuǎn)速和定行程的模式下，系統(tǒng)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe與蒸發(fā)器進(jìn)口處的空氣溫度間關(guān)系如圖2所示。Pe和Qe都隨著蒸發(fā)器空氣進(jìn)口處的溫度升高而增加，溫度降低而降低。隨著溫度升高，變排量壓縮機(jī)系統(tǒng)制冷量增加速度高于蒸發(fā)壓力。

圖1 壓縮機(jī)模型關(guān)系圖

圖2 定轉(zhuǎn)速定行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

圖3 變轉(zhuǎn)速變行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

（2）變速定行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機(jī)處于變速定行程的模式下，等同于是變頻壓縮機(jī)。變轉(zhuǎn)速定行程的工作模式模型建立通常是指將行程設(shè)置最大處，排量處于變化狀況。試驗(yàn)表明變排量壓縮機(jī)處于該種工作模式下，壓縮機(jī)蒸發(fā)壓力和制冷量與蒸發(fā)器進(jìn)口處的空氣溫度依然是成正比。變排量壓縮機(jī)處于該模式下，蒸發(fā)壓力和制冷量隨著蒸發(fā)器入口處空氣溫度的提高而提高但是不能升高太大，否則變排量壓縮機(jī)會(huì)毀壞。

（3）定轉(zhuǎn)速變行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機(jī)工作在定轉(zhuǎn)速變行程方式下，變排量壓縮機(jī)在正常情況下出現(xiàn)顯著調(diào)節(jié)滯區(qū)，變排量壓縮機(jī)工作在該區(qū)域內(nèi)時(shí)即便蒸發(fā)器吸氣壓力發(fā)生明顯變化，活塞行程會(huì)保持定值。調(diào)節(jié)滯區(qū)出現(xiàn)是變排量壓縮機(jī)系統(tǒng)在變速定行程工作模式下的特性。變排量壓縮機(jī)處于定轉(zhuǎn)速變行程工作模式下，一般是在調(diào)節(jié)滯區(qū)內(nèi)工作，最大化發(fā)揮變排量壓縮機(jī)性能，保證汽車內(nèi)環(huán)境舒適。

（4）變轉(zhuǎn)速變行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機(jī)工作在變轉(zhuǎn)速變行程的模式下，具有該模式下獨(dú)特性。圖3可知變排量壓縮機(jī)在變轉(zhuǎn)速和形成模式下，蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe空氣溫度間關(guān)系。Pe-Teai和Qe-Teai關(guān)系均構(gòu)成性能帶，隨溫度增加性能帶也會(huì)向增加方向移動(dòng)。

[1]田長(zhǎng)青，等.變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)流元件的配置[J].汽車技術(shù)，2001.