空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率對制冷性能影響的試驗研究

秦 紅

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率對制冷性能影響的試驗研究

秦 紅

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

針對空調(diào)系統(tǒng)在不同工況下的不同含油率，通過臺架試驗進行分析，提出系統(tǒng)最佳含油率的范圍。

汽車空調(diào)系統(tǒng)；含油率；臺架實車管路實驗；制冷效果

汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件有壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，由其組成的空調(diào)系統(tǒng)來滿足車內(nèi)駕乘人員的舒適性要求。壓縮機是整個系統(tǒng)的“心臟”，由其提供系統(tǒng)循環(huán)的動力，壓縮機的工作狀態(tài)直接決定了整個空調(diào)系統(tǒng)的運行。不論何種形式的壓縮機，其內(nèi)部均是由各種運動部件構(gòu)成，在運動過程中形成容積不斷變化的封閉腔體，以達到吸收低壓制冷劑將其壓縮成高壓制冷劑的目的。在此過程中不僅僅需要有冷凍油為其潤滑，帶走由于摩擦產(chǎn)生的熱量，同時也依靠冷凍油密封各部件的間隙，若冷凍油不足將導(dǎo)致各部件之間“串氣”，不能達到設(shè)計壓差，降低系統(tǒng)制冷效果，但空調(diào)系統(tǒng)在正常工作時，冷凍油不僅僅存在于壓縮機內(nèi)部，其將隨著制冷劑的流動充斥在整個空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各個部件中。對于冷凝器及蒸發(fā)器這2個換熱器來講，冷凍油的存在將導(dǎo)致其制冷劑側(cè)的換熱能力降低，所以選取既能保證壓縮機正常工作，同時又對換熱芯體能力影響最低的冷凍油加注量至關(guān)重要，而表征冷凍油加注量的重要指標(biāo)就是系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率。本文通過長城汽車某車型空調(diào)系統(tǒng)在開發(fā)過程中的臺架試驗對空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率進行分析研究，從其對空調(diào)系統(tǒng)換熱量的影響方面提出最佳含油率的范圍。

1 試驗?zāi)Ｐ图霸囼炘?/h2>

1.1 試驗?zāi)Ｐ?/p>

為了真實反應(yīng)出實車上空調(diào)系統(tǒng)的表現(xiàn)，本試驗采用臺架實車管路試驗，完全模擬實車裝配狀態(tài)，將壓縮機、冷凝器、HVAC總成以及管路按實車各零部件布置方位進行安裝。試驗臺電動機為壓縮機提供動力，試驗臺風(fēng)洞采集HVAC總成和冷凝器換熱量。在管路中間加裝特制制冷劑采集裝置，用以測試系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率。臺架實車管路試驗?zāi)Ｐ腿鐖D1所示，制冷劑采集裝置如圖2所示。

圖1 臺架實車管路試驗?zāi)Ｐ?/p>

1.2 冷凍油循環(huán)率

在空調(diào)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，冷凍油與制冷劑、冷凍油混合物的質(zhì)量百分比，稱為冷凍油循環(huán)率（ Oil Circle Rate，簡稱OCR）。通過制冷劑采集系統(tǒng)，采集并計算系統(tǒng)OCR。

1.3 試驗原理

將某車型空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機（變排量）、冷凝器（4流程）、膨脹閥（H型）、HVAC總成（4流程蒸發(fā)器）用實車使用的管路連接起來，在壓縮機中加入不同量的冷凍油，測量冷凍油循環(huán)率，并分別在不同的冷凍油循環(huán)率下測試系統(tǒng)在各種復(fù)雜變化工況下的制冷性能，從而得出最佳冷凍油循環(huán)率。

圖2 臺架實車管路試驗中的制冷劑采集系統(tǒng)

2 臺架試驗過程

2.1 冷凍油循環(huán)率工況

在試驗系統(tǒng)中加入不同量的冷凍油，并測試其OCR值，具體測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 冷凍油循環(huán)率測試數(shù)據(jù)

2.2 臺架試驗工況

為了更準確地體現(xiàn)出在不同OCR對空調(diào)系統(tǒng)的換熱量影響，選取了4個工況進行驗證，包含高負荷高轉(zhuǎn)速、高負荷低轉(zhuǎn)速、低負荷高轉(zhuǎn)速和低負荷低轉(zhuǎn)速。具體條件見表2。

表2 臺架實車管路試驗條件

2.3 臺架實車管路試驗結(jié)果

在不同含油率下，各工況的臺架實車管路試驗結(jié)果見表3。

表3 臺架實車管路試驗數(shù)據(jù)

為了便于數(shù)據(jù)趨勢分析，采用換熱量變化率v進行比較。換熱量變化率為兩相鄰工況換熱量的差值，占前工況換熱量的百分比，即

式中：v——換熱量變化率；Q1——前工況換熱量；Q1——后工況換熱量。

2.4 高負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)高負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化，具體變化率見表4，變化曲線如圖3所示。

表4 高負荷低轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖3 高負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢

通過圖3可知，在高負荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.96 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降1.86 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

2.5 高負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)高負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化，具體變化率見表5，變化曲線如圖4所示。

表5 高負荷高轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖4 高負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢

通過圖4可知，在高負荷高轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長1.63 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.52 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。2.6 低負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)低負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化，具體變化率見表6，變化曲線如圖5所示。

表6 低負荷低轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖5 低負荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢

通過圖5可知，在低負荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.37 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.81 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

2.7 低負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)低負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化，具體變化率見表7，變化曲線如圖6所示。

表7 低負荷高轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖6 低負荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢

通過圖6可知，在低負荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.41 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.44 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

3 結(jié)論

通過對長城汽車某車型空調(diào)系統(tǒng)在臺架實車管路試驗臺進行的試驗分析可知：OCR在4.72 %～6.56 %內(nèi)，換熱量呈上升趨勢，同時OCR在4.72 %～7.87 %范圍內(nèi)，換熱量變化率＜5 %。因此，空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率OCR在4.72 %～7.87 %時，系統(tǒng)制冷效果最佳。日后在汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)過程中，可以借鑒此結(jié)論來選取系統(tǒng)最佳冷凍油加注量。

［1］長城汽車股份有限公司空調(diào)事業(yè)部.臺架實車管路試驗搭建規(guī)范［Z］.

［2］長城汽車股份有限公司空調(diào)事業(yè)部.空調(diào)系統(tǒng)性能試驗標(biāo)準［Z］.

（編輯 楊 景）

Research of the Effect of Compressor Oil Circulation Rate on A/C Cooling Performance

QIN Hong
(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, Baoding 071000, China)

Based on the compressor oil rate of A/C under different working conditions, an analysis through experiment platform test is conducted and then a system optimal oil rate is proposed.

automotive A/C; oil rate; experiment platform; cooling performance

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0078-03

2016-10-24；

2016-12-17

秦紅（1981-）女，河北保定人，工程師，主要從事汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工作。