某車型空調(diào)系統(tǒng)降溫性能試驗(yàn)分析

馬海濤

（北京汽車研究總院有限公司，北京　101300）

某車型空調(diào)系統(tǒng)降溫性能試驗(yàn)分析

馬海濤

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

汽車空調(diào)系統(tǒng)作為整車系統(tǒng)的重要組成部分，空調(diào)系統(tǒng)性能的好壞直接影響著整車舒適性，所以在車型開發(fā)過程中對(duì)空調(diào)系統(tǒng)降溫性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證尤為重要。本文著重介紹研究院電子電器部門委托試驗(yàn)部開展某車型的空調(diào)降溫性能試驗(yàn)，同時(shí)，簡(jiǎn)單描述空調(diào)系統(tǒng)原理及降溫試驗(yàn)方法。對(duì)該車型空調(diào)降溫試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是其降溫性能滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過一系列的整改然后再驗(yàn)證措施，空調(diào)系統(tǒng)的降溫性能差的問題得以解決。本次試驗(yàn)-整改-再驗(yàn)證的過程不僅對(duì)整車開發(fā)提供了數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也增強(qiáng)了自身在試驗(yàn)過程中判斷問題、分析問題和解決問題的能力。將所學(xué)到的知識(shí)更好地運(yùn)用到試驗(yàn)過程中，為整車開發(fā)提供可靠的試驗(yàn)保障。

空調(diào)；性能；分析

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的日益提高，汽車開始走進(jìn)千家萬戶。人們?cè)谝回炞非笃嚨陌踩?、可靠性的同時(shí)，如今也更加追求舒適性的要求。因而，空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代轎車的基本配備，也就成了必然。

汽車空調(diào)的作用已經(jīng)是眾所周知的，尤其是隨著地球表面氣溫的日益變暖，人們對(duì)空調(diào)的需求日益迫切，對(duì)空調(diào)品質(zhì)的要求越來越高，不僅轎車和客車裝有空調(diào)，現(xiàn)在不少工程車和載貨汽車上也裝有空調(diào)裝置。汽車空調(diào)是對(duì)車廂內(nèi)的溫度、濕度、流速進(jìn)行控制，使其保持在駕駛?cè)藛T感覺舒適的范圍內(nèi)。本文介紹某車型空調(diào)系統(tǒng)的測(cè)試方法、測(cè)試結(jié)果，通過分析、整改，提高空調(diào)系統(tǒng)的降溫性能。

1　汽車空調(diào)組成及工作原理

1.1汽車空調(diào)的作用

空氣調(diào)節(jié)一般有4個(gè)要素：溫度、濕度、氣流和潔凈度。由于空調(diào)一定要有氣流的流動(dòng)，一般由鼓風(fēng)機(jī)來完成，鼓風(fēng)機(jī)的噪聲和空氣通過風(fēng)道時(shí)產(chǎn)生的噪聲使人感到不舒服，因而減小風(fēng)機(jī)噪聲和氣流噪聲也就成了空調(diào)的任務(wù)。

調(diào)節(jié)溫度是空調(diào)的主要任務(wù)。汽車空調(diào)首先是要有暖氣設(shè)備，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，轎車和中小型汽車一般以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為暖風(fēng)的熱源；夏季的降溫則是由制冷裝置獨(dú)立完成。而通風(fēng)過濾設(shè)施則可以保證車內(nèi)空氣的潔凈。

1.2汽車空調(diào)的組成

汽車空調(diào)一般主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、儲(chǔ)液干燥器、管道和控制系統(tǒng)等組成。

汽車空調(diào)分高壓側(cè)和低壓側(cè)。高壓側(cè)包括壓縮機(jī)輸出側(cè)、高壓管路、冷凝器、儲(chǔ)液干燥器和液體管路；低壓側(cè)包括蒸發(fā)器、回氣管路和壓縮機(jī)輸入側(cè)。儲(chǔ)液干燥器實(shí)際上是一個(gè)吸收制冷劑中水分、雜質(zhì)、儲(chǔ)存和干燥制冷劑的裝置。

冷凝器和蒸發(fā)器雖然叫法不一樣但是其結(jié)構(gòu)類似。他們都是在彎繞的管路上布滿了一排排薄薄的散熱片，以此來實(shí)現(xiàn)外界空氣與管路內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行熱交換的裝置。冷凝器的冷凝指管道內(nèi)的氣態(tài)制冷劑散熱后變成液態(tài)，其原理與發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱水箱類似，只不過散熱水箱內(nèi)一直都是液體。所以冷凝器也被安裝在車頭部位，目的是利用迎面風(fēng)給冷凝器降溫，促進(jìn)其冷凝。蒸發(fā)器與冷凝器正好相反，它是制冷劑由液態(tài)變成氣態(tài)的裝置。

管道由于要注入一定量的高壓制冷劑，所以必須采用金屬管路，特別是從壓縮機(jī)到冷凝器到膨脹閥這段，由于屬于系統(tǒng)的高壓端，所以比其它管道有更高的耐高壓要求。

壓縮機(jī)作用就是使制冷劑完成從氣態(tài)變成液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，同時(shí)在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)還是管路內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的壓力源。壓縮機(jī)是空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟，是一種使制冷劑在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的動(dòng)力源。

1.3汽車空調(diào)的工作原理

汽車空調(diào)和我們家用空調(diào)的制冷原理是一樣的，都是利用制冷劑壓縮釋放的瞬間體積急劇膨脹吸收大量的熱能來制冷。汽車空調(diào)的壓縮機(jī)往往安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，大多數(shù)壓縮機(jī)都是由皮帶驅(qū)動(dòng)；冷凝器安裝在汽車散熱器的前方；而蒸發(fā)器安裝在儀表板下方。

工作時(shí)，由蒸發(fā)器出來的低壓氣態(tài)制冷劑流經(jīng)壓縮機(jī)變成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑，經(jīng)過冷凝器散熱管降溫冷卻變成高壓低溫的液態(tài)制冷劑，再經(jīng)過儲(chǔ)液干燥器除濕與緩沖，然后以較穩(wěn)定的壓力和流速流向膨脹閥，經(jīng)節(jié)流和降壓最后流向蒸發(fā)器。制冷劑一遇到低壓環(huán)境即蒸發(fā)，吸收大量的熱量使蒸發(fā)器表面溫度降低，車窗內(nèi)的空氣不斷流經(jīng)蒸發(fā)器，車廂內(nèi)的溫度也就因此下降。液態(tài)制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器后再次變成低壓氣體，又重新被吸入壓縮機(jī)進(jìn)行下一次的循環(huán)工作。在整個(gè)系統(tǒng)中，膨脹閥是控制制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器的開關(guān)，制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器太多而不易蒸發(fā)，太少制冷量又不夠，因而，膨脹閥是調(diào)節(jié)中樞。汽車空調(diào)組成及原理見圖1。

2　試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果

2.1降溫試驗(yàn)方法

2.1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

依據(jù)某車型開發(fā)計(jì)劃及試驗(yàn)計(jì)劃，為了驗(yàn)證該車型空調(diào)系統(tǒng)在高溫條件下的降溫性能。

2.1.2試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)車輛應(yīng)滿足條件檢查車輛準(zhǔn)備完整性及裝配調(diào)整情況，使之符合車輛裝配調(diào)整技術(shù)條件；確認(rèn)輪胎氣壓符合車輛使用說明書的相關(guān)規(guī)定；確認(rèn)空調(diào)系統(tǒng)安裝達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工作正常。

圖1　空調(diào)系統(tǒng)組成及工作原理圖

2）試驗(yàn)測(cè)量階段試驗(yàn)車輛保溫結(jié)束后，駕駛員進(jìn)入車內(nèi)，接通壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)開關(guān)，并將鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速設(shè)定為最高擋。然后駕駛員起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，開始計(jì)時(shí)t=0min。

按表1的要求開始試驗(yàn)，迎面風(fēng)速應(yīng)等于試驗(yàn)車速；按表2的規(guī)定測(cè)量采集數(shù)據(jù)，試驗(yàn)開始后每隔1 s測(cè)量一次、記錄一次各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

表1　試驗(yàn)工況表

2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

降溫試驗(yàn)吹面出風(fēng)口平均溫度數(shù)據(jù)見表3，乘員頭部呼吸點(diǎn)平均溫度見表4，呼吸點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)見圖2，吹面出風(fēng)口溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)見圖3。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析及整改

試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，由圖2中可以看出，試驗(yàn)過程中乘員呼吸點(diǎn)溫度在40℃左右，趨于平穩(wěn)，整個(gè)試驗(yàn)過程中溫度降低不大；從表4中的數(shù)值可以直接看出試驗(yàn)結(jié)束后呼吸點(diǎn)溫度為36～40℃，遠(yuǎn)高于試驗(yàn)要求溫度。對(duì)表3中空調(diào)系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過程中高壓小于11 bar，低于空調(diào)系統(tǒng)的正常壓力值。

以上結(jié)果由2種可能的原因造成。第一是數(shù)據(jù)采集設(shè)備及溫度和壓力傳感器出現(xiàn)問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差；第二是空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑不足，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)過程中高壓過低，系統(tǒng)制冷能力不夠，從而使呼吸點(diǎn)溫度過高。

表2　測(cè)試點(diǎn)

表3　降溫試驗(yàn)吹面出風(fēng)口平均溫度數(shù)據(jù)表

圖2　呼吸點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖3　吹面出風(fēng)口溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

表4　乘員頭部呼吸點(diǎn)平均溫度℃

經(jīng)過對(duì)采集設(shè)備的檢查，并未發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)問題，排除設(shè)備故障問題，從而確定原因?yàn)橹评鋭┎蛔銓?dǎo)致制冷性能差。造成制冷劑不足的原因主要有2點(diǎn)。第一，空調(diào)管路泄漏造成制冷劑不足；第二，試驗(yàn)前制冷劑數(shù)量本身就低于正常水平。對(duì)空調(diào)管路進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)管路無泄漏制冷劑現(xiàn)象。與專業(yè)人員溝通后，得知此車輛試驗(yàn)前制冷劑為400 g。由此判斷，400g制冷劑過少，需開展制冷劑加注量試驗(yàn)，以確認(rèn)空調(diào)系統(tǒng)正常制冷所需制冷劑數(shù)量。首先將空調(diào)管路制冷劑排出，抽真空然后保壓一段時(shí)間，其目的是確?？照{(diào)管路系統(tǒng)的密封性。一次性加入400 g制冷劑，然后每次增加50g，每次加注完畢待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后讀取壓力和溫度值，通過公式計(jì)算出膨脹閥出口過冷度，過冷度為25，且壓縮機(jī)高壓穩(wěn)定在合理的數(shù)值時(shí)，停止加注。此時(shí)制冷劑加注質(zhì)量為500g，加注量試驗(yàn)完成后重新開展空調(diào)系統(tǒng)降溫試驗(yàn)。

加注量調(diào)整后，按照上面所描述的降溫試驗(yàn)方法進(jìn)行降溫試驗(yàn)，整改后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)見表5、表6、圖4和圖5。

表5　整改后降溫試驗(yàn)吹面出風(fēng)口平均溫度數(shù)據(jù)表

表6　整改后乘員頭部呼吸點(diǎn)平均溫度數(shù)據(jù)表

圖5　整改后吹面出風(fēng)口溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

由表5、表6可以看出，呼吸點(diǎn)溫度與出風(fēng)口溫度明顯低于整改前。為了更直觀地看到前后數(shù)據(jù)差異，將整改前后的降溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，詳見表7。

表7　整改前后平均溫度數(shù)據(jù)表

由表7可以看出，整改后的呼吸點(diǎn)溫度明顯低于整改前，車速為100km/h與怠速兩個(gè)工況呼吸點(diǎn)平均溫度低于32℃。符合設(shè)計(jì)要求，冷卻系統(tǒng)制冷明顯。

4　結(jié)論

通過本次開展的空調(diào)降溫性能試驗(yàn)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的組成和工作原理有了進(jìn)一步的了解，更重要的是在試驗(yàn)過程中能夠去發(fā)現(xiàn)問題，然后尋找解決問題的思路和方法。相信隨著試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，能夠?qū)⒀邪l(fā)車型的空調(diào)系統(tǒng)性能得到提高，增強(qiáng)客戶的滿意度。

［1］ GMW 3037_2001，AC System Maximum Performance Validation for Passenger Vehicles［S］.

［2］GMW-7022_2001，空調(diào)系統(tǒng)加注量試驗(yàn)方法［S］.

（編輯陳程）

Testing and Analysis on a Vehicle Air-conditioner Cooling Function

MA Hai-tao
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

As an important part of the vehicle system，functionality of the air-conditioner directly affects the travelexperience.Therefore，testingandvalidatingthecoolingfunctionofair-conditionerisvitalinvehicle development.Thispaperfocusesonanair-concoolingfunctiontestingentrustedbyelectrical&electronic department，and also simply demonstrates the air-con working principal and cooling function testing method.Through analyzing abnormal data in the test，the cooling function is concluded to be ok.It meets design requirements after series of improvement and validation，the issue of poor functioning is also solved.This test-improve-test procedure not only provides valuable data in vehicle development，but also helps increase problem-solving ability.This paper applies learnt knowledge in testing process，and provides reliable testing guarantee in whole vehicle development.

air-conditioner；functionality；analysis

U463.851

A

1003－8639（2016）09－0063－04

2015-11-09；

2015-11-12