汽車空調左右吹面出風口出風溫度差異分析

陳 俊，肖天平

（濰柴動力股份有限公司，上海 201114）

汽車空調左右吹面出風口出風溫度差異分析

陳 俊，肖天平

（濰柴動力股份有限公司，上海 201114）

某車型在夏季路試空調開啟模式下，左右吹面出風口出風溫度有差異。利用問題分析樹等手段，通過分析蒸發(fā)器的冷媒流動路徑以及溫度分布試驗發(fā)現(xiàn)了問題的原因。最終通過兩組模擬試驗證明了蒸發(fā)器為問題的主要原因，為后續(xù)工程開發(fā)積累了寶貴的經驗。

空調制冷系統(tǒng)；出風溫度差異；冷媒流動路徑；分析樹

某項目車型在進行2015年夏季路試時，發(fā)現(xiàn)吹面模式下左右出風口溫度差異很大。經測量，在環(huán)境溫度為37.3℃、外循環(huán)模式、鼓風機風量最大工況下，左右出風口溫度差異最大能達到7℃。而同期路試的另一臺車輛未發(fā)生此問題，但是不久后車間試制的多臺此車型也出現(xiàn)類似情況。

空調制冷系統(tǒng)正常工作時，氣流途徑如圖1所示。氣流從車外的空調濾清器總成入口，經空調蒸發(fā)器冷卻后，通過4個吹面出風口吹出。其中，失效工況下主駕側2個出風口溫度低于副駕側出風口的溫度。為便于理解出風的溫度差異，將圖1的主駕側氣流標記為藍色，副駕側氣流標記為紅色。

圖1 制冷工況下的氣流途徑

1 故障原因分析

為分析失效工況下問題發(fā)生的原因，從氣流沿途零件入手，畫出問題分析樹 （圖2）。

圖2 問題分析樹

在分析問題車輛時，發(fā)現(xiàn)車輛不論在怠速情況下還是在50km／h的車速下，左右吹面出風口都有溫差。當調節(jié)內、外循環(huán)模式時，出風溫差雖然變小但仍然存在，說明和空調濾清器無關。對儀表板下部零件進行檢查，未發(fā)現(xiàn)風道／風口周圍有熱源。

初步分析此故障車出風溫度不均，應該是空調箱導致。當調節(jié)溫度風門旋鈕到最暖時，各出風口出風溫度明顯上升；然后再調節(jié)溫度風門旋鈕到最冷時，溫度也明顯下降。在調節(jié)旋鈕時，空調箱上的各風門及對應的電機工作正常，說明空調箱中的風門和暖風芯體閉合都正常。

最后決定與另一臺未發(fā)生問題的車路試比對，從蒸發(fā)器結構、流道以及溫度分析等方面，查找出風溫度不均的原因。

1.1 蒸發(fā)器結構分析

將問題車空調系統(tǒng)進行拆解，發(fā)現(xiàn)空調箱為中置式層疊結構。層疊式蒸發(fā)器由兩片復雜形狀的鋁板疊在一起組成制冷劑通道，每兩組流道之間夾有波浪形散熱帶［1］。整車狀態(tài)下的蒸發(fā)器結構形狀見圖3。

圖3 整車狀態(tài)下的蒸發(fā)器

從車頭沿著X正方向往車尾觀察 （圖3），蒸發(fā)器上的膨脹閥與高壓管路接口在右側，低壓管路接口在左側，其中高壓管路接口側對應駕駛側。經過對整車數(shù)模的檢查，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器的中心平面也是整車Y0中心面，沖壓疊片布置方向是沿Y方向層疊，流道方向為Z方向。

1.2 蒸發(fā)器流道分析

對沖壓疊片分析發(fā)現(xiàn)，儲液室在空氣流動方向的中央被隔開，沖壓片上部沒有隔板。制冷劑流過片式管道 （由兩片組成）時，呈U形轉彎，最后集中到儲液室另一端， 從出口流出 （圖4）［1］。

圖4 沖壓疊片內冷媒流向

蒸發(fā)器吸收車室內的熱量，達到制冷的目的，制冷系統(tǒng)及蒸發(fā)器要適應各種熱負荷，實現(xiàn)合適的制冷效果。為達到人們對制冷效果的不同要求，系統(tǒng)中的制冷劑量，在系統(tǒng)內包括蒸發(fā)器內的狀態(tài)須合適，否則不僅影響制冷效果，還可能造成系統(tǒng)部件的損壞［2］。

對蒸發(fā)器整個流道進行分析，發(fā)現(xiàn)制冷劑先通過高壓管路側流入，然后通過圖5中的1～6的流道沿著Z正方向流到蒸發(fā)器背面 （部分背面流道用虛線表示），最后通過蒸發(fā)器背面7～13流道流向副駕駛側低壓管路側。通過對流道的分析得知，冷媒先在高壓管路接口側的蒸發(fā)器芯體內進行相變，同時與空氣進行熱交換，駕駛員側空氣優(yōu)于副駕駛側得到冷卻。但是當系統(tǒng)制冷劑較少時，可能會出現(xiàn)在冷媒與駕駛側空氣進行熱交換后，冷媒接近飽合氣態(tài)，無法再與副駕駛側空氣進行充分的熱交換。

圖5 冷媒流動示意圖

1.3 蒸發(fā)器溫度分布試驗

對蒸發(fā)器進行溫度分布試驗，臺架試驗條件如表1所示。

通過對蒸發(fā)器熱像圖 （圖6） 進行分析，發(fā)現(xiàn)右側 （主駕駛側）溫度分布在5.5～7.5℃，蒸發(fā)器左側 （副駕駛側）溫度分布在7.5～9.5℃。印證了蒸發(fā)器流道分析的方向，即冷媒在通過與主駕側空氣進行熱交換后溫度已經降低，當它再與副駕側空氣交換時會導致副駕側空氣降溫效果不如主駕側明顯。通過標準臺架試驗工況得知，當系統(tǒng)中冷媒加注量足時溫度差異在2℃左右，人體感知不明顯；但是當冷媒加注量不足或者是冷媒泄漏后，就會出現(xiàn)路試中發(fā)生的左右出風口溫度差異為7℃的現(xiàn)象。

表1 蒸發(fā)器臺架試驗工況

圖6 蒸發(fā)器熱像圖

2 試驗驗證

通過對蒸發(fā)器流道的分析以及蒸發(fā)器臺架試驗的驗證，得知蒸發(fā)器為導致吹面出風口溫度分布不均的主要原因。為了提升問題解決的效率以及降低試驗驗證成本，決定在工廠內的試驗場對某臺車進行不同加注量的溫度差異驗證。驗證分為2組，一組空調系統(tǒng)加注量為傳統(tǒng)的加注法900g，即通過觀察視液鏡的氣泡加注 （表2）；另一組空調系統(tǒng)加注量為加注量試驗中得到的數(shù)據(jù)1200g（表3）。

表2 900g出風溫度測量 ℃

表3 1200g出風溫度測量 ℃

測量時外界環(huán)境溫度為37.3℃，空調系統(tǒng)處于外循環(huán)、最大制冷量、鼓風機最大風量擋位處，2組試驗分別測試車輛在怠速、發(fā)動機轉速50km／h運行10min后空調各出風口溫度。

900 g加注量的車輛模擬試驗重現(xiàn)了路試車的問題，怠速時副駕側中右出風口和主駕側左側出風口溫度差異最大為6.4℃，雖然當車速提高時溫度差異變小為4.4℃，但是溫度差異還是明顯 （表2）。

1200g加注量的車輛模擬試驗未出現(xiàn)路試時發(fā)生的問題，怠速工況下溫度差異最大在1.6℃，50 km／h時溫度差異變小為0.4℃ （表3）。最終判定系統(tǒng)加注量為導致問題的誘導因素，蒸發(fā)器的流道設計的缺陷為問題發(fā)生的主要原因。通過分析及試驗驗證得知，執(zhí)行1200g的系統(tǒng)加注量為解決此問題的有效措施。

3 結論

1）通過蒸發(fā)器溫度分布的臺架試驗，不但驗證了分析的方向，也為問題的查找提供了思路。通過在工廠路試場進行的2組對比試驗，重現(xiàn)了路試車的問題，也對措施的有效性進行了驗證。由此，確定由于層疊式蒸發(fā)器流道設計時存在缺陷，導致空調系統(tǒng)在夏季制冷模式下，當冷媒加注量不足會放大此問題。

2）相應地，要求車間工人操作時，切實按照空調系統(tǒng)加注量作業(yè)指導書進行作業(yè)，取消根據(jù)觀察視液鏡的氣泡來加注的非定量操作方法。

3）蒸發(fā)器作為空調廠家的黑匣子件，以往不在我們工程開發(fā)的關注領域，此次研究明確了保證層疊式蒸發(fā)器性能的關鍵因素，有效地提升了空調系統(tǒng)的產品品質，也為此類工程問題的解決和后續(xù)開發(fā)積累了寶貴的知識點。

［1］ 陳孟湘.汽車空調新世紀版［M］.上海：上海交通大學出版社，2001：198-199.

［2］ 曹振峰.怎樣維修汽車空調［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007：52.

（編輯 心 翔）

Analysis of Automotive Air-conditioner Temperature Difference Between Left and Right Outlet

CHEN Jun，XIAO Tian-pin
（Weichai Power Co.，Ltd.，Shanghai 201114，China）

The temperature of left and right air outlet is different in summer road test when the air conditioning is working.Using fault tree analysis， the root cause is identified through analyzing the coolant flow path and temperature distribution of evaporator， then two simulation tests validate the root cause as evaporator.The result provides valuable reference for future development.

air-conditioner；outlet temperature difference；coolant flow path；fault tree analysis

U463.851

A

1003－8639（2016）10－0060－03

2016-03-15；

2016-03-30

陳俊 （1986-），男，江蘇鹽城人，工程師，工程管理碩士在讀，主要從事汽車空調系統(tǒng)開發(fā)工作，Email：id_cj@126.com。