汽車空調(diào)制冷改善方案的道路試驗(yàn)研究

陳涌填，林養(yǎng)全，黃冠鑫，陳星龍

（廣汽研究院，廣東 廣州 511434）

隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，自主品牌汽車正逐步走向世界，各車企紛紛進(jìn)軍海外市場(chǎng)。面向不同的市場(chǎng)，車輛在設(shè)計(jì)上需要針對(duì)不同的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整。汽車在極高溫條件下使用時(shí)，空調(diào)制冷效果下降明顯。為提升空調(diào)制冷效果，本文通過對(duì)某車型在極高溫環(huán)境空調(diào)制冷性能的改善措施研究，提出兩種改善方案，并通過道路試驗(yàn)確認(rèn)改善方案的效果。

1 問題提出

某車型在極端高溫條件下，車輛行駛時(shí)空調(diào)制冷效果較差，在市區(qū)工況行駛時(shí)尤為明顯，經(jīng)常出現(xiàn)空調(diào)切斷現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)車輛制冷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，行駛時(shí)車輛出風(fēng)口溫度偏高，且低速行駛或怠速時(shí)，空調(diào)壓力上升較快，極易因空調(diào)壓力過高觸發(fā)高壓保護(hù)而切斷空調(diào)，從而進(jìn)一步影響制冷效果。為此，需要對(duì)該車的空調(diào)制冷效果進(jìn)行改善。

2 改善方案

經(jīng)過前期的試驗(yàn)驗(yàn)證，該車在極端高溫條件下的制冷劑過冷度不大，為改善該車的空調(diào)制冷性能，擬在管路上增加一個(gè)回?zé)崞鳎瑢⒔?jīng)過冷凝器后的制冷劑與經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷劑在流經(jīng)回?zé)崞鲿r(shí)進(jìn)行熱交換，增加制冷劑液體的過冷度，改善制冷效果。

回?zé)嵫h(huán)的示意圖見圖1［1］，lgp-h圖見圖2，1-2-3-4-1循環(huán)為理論制冷循環(huán)，1′-2′-3′-4′-1′為帶回?zé)岬闹评溲h(huán)。理論制冷循環(huán)中，單位制冷量為：

增加回?zé)嵫h(huán)后，1-1′和3-3′為回?zé)崞鲹Q熱過程，4′-1為蒸發(fā)器換熱過程，回?zé)嵫h(huán)的單位制冷量為：

增加回?zé)嵫h(huán)后，單位制冷量增加量為：

圖1 回?zé)嵫h(huán)示意圖

經(jīng)過對(duì)車輛前端模塊的布置進(jìn)行分析，該車的前端模塊設(shè)計(jì)了導(dǎo)流板，但導(dǎo)流板與車身之間存在縫隙，試驗(yàn)過程的冷凝器前空氣溫度變化如圖3，可見冷凝器前空氣溫度在怠速時(shí)上升較明顯，判斷前端模塊的熱氣回流現(xiàn)象較嚴(yán)重，故對(duì)前端模塊與導(dǎo)流板、車身之間的間隙進(jìn)行密封處理，以減少前端模塊的熱氣回流現(xiàn)象，改善制冷效果，并進(jìn)行城市工況的道路試驗(yàn)驗(yàn)證。前端模塊密封方案示意圖見圖4。

圖2 回?zé)嵫h(huán)lgp-h圖

圖3 試驗(yàn)過程冷凝器前空氣溫度變化曲線

圖4 前端模塊密封方案示意圖

3 改善效果道路試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 增加回?zé)崞鞯男Ч?yàn)證

試驗(yàn)過程參考QC／T 658的方法，分別在穩(wěn)定工況 （進(jìn)行40 min的40 km／h中低速行駛、20 min的100 km／h高速行駛及怠速試驗(yàn)）及城市工況 （以實(shí)際城市工況條件為準(zhǔn)）進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)改善效果的道路試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證。

增加回?zé)嵫h(huán)后，穩(wěn)定工況和城市工況的制冷劑過冷度變化見圖5和圖6。穩(wěn)定工況行駛時(shí)，制冷劑的過冷度在回?zé)崞髑盀?.5℃，回?zé)崞骱鬄?0.8℃，增加回?zé)嵫h(huán)后過冷度增加了7.3℃；城市工況行駛時(shí)，制冷劑的過冷度在回?zé)崞髑啊⒑蠓謩e為3.3℃和9.6℃，過冷度增加6.3℃，過冷效果明顯。

圖5 回?zé)崞鞣桨阜€(wěn)定工況制冷劑過冷度變化

圖6 回?zé)崞鞣桨赋鞘泄r制冷劑過冷度變化

增加回?zé)崞骱?，車輛在穩(wěn)定工況行駛和城市工況行駛的頭部溫度和出風(fēng)口溫度見圖7和圖8。穩(wěn)定工況行駛時(shí)，增加回?zé)崞骱?，頭部溫度和出風(fēng)口平均溫度在行駛時(shí)分別下降3.4℃和3.2℃，怠速時(shí)分別下降2.4℃和2.6℃，降溫效果明顯。

在進(jìn)行城市工況試驗(yàn)時(shí)，增加回?zé)崞骱箢^部溫度降低0.4℃，出風(fēng)口溫度降低0.5℃，改善效果不明顯。

空調(diào)高壓、低壓變化曲線見圖9、圖10。由圖可以看出，在增加回?zé)崞骱?，空調(diào)壓力無明顯變化。

由以上數(shù)據(jù)，增加回?zé)崞骱?，制冷劑的過冷度明顯增加，在穩(wěn)定工況行駛時(shí)，車內(nèi)頭部、出風(fēng)口降溫效果明顯，但在城市工況行駛時(shí)，降溫效果不明顯，且車輛空調(diào)系統(tǒng)壓力無明顯降低，怠速時(shí)空調(diào)偶發(fā)壓力保護(hù)切斷壓縮機(jī)的問題無改善效果，因此，低速行駛及怠速時(shí)需要有其他改善措施。

圖7 回?zé)崞鞣桨阜€(wěn)定行駛工況頭部和出風(fēng)口溫度對(duì)比

圖8 回?zé)崞鞣桨赋鞘泄r頭部和出風(fēng)口溫度對(duì)比

圖9 回?zé)崞鞣桨阜€(wěn)定行駛工況空調(diào)壓力對(duì)比

圖10 回?zé)崞鞣桨赋鞘行旭偣r空調(diào)壓力對(duì)比

3.2 增加導(dǎo)流板密封的效果驗(yàn)證

車輛在城市工況行駛時(shí)的冷凝器前空氣溫度變化曲線如圖11所示。增加導(dǎo)流密封措施后，城市工況行駛時(shí)冷凝器前的空氣溫度平均降低6℃，有效改善了冷凝器的冷卻效果。

車輛對(duì)導(dǎo)流板間隙密封后，頭部溫度和出風(fēng)口溫度變化曲線如圖12所示，頭部溫度平均降低5.5℃，出風(fēng)口溫度降低4.5℃，制冷效果得到明顯改善。

圖11 導(dǎo)流板密封方案城市工況行駛冷凝器前空氣溫度對(duì)比

圖12 導(dǎo)流板密封方案城市工況行駛頭部和出風(fēng)口溫度對(duì)比

圖13 導(dǎo)流板密封方案城市工況行駛空調(diào)壓力對(duì)比

空調(diào)系統(tǒng)壓力變化曲線如圖13所示，高壓壓力明顯下降，平均降低0.4 MPa，在怠速階段因空調(diào)壓力降低，解決了空調(diào)壓力過高導(dǎo)致的壓縮機(jī)切斷問題。

通過以上驗(yàn)證，前端模塊增加導(dǎo)流板密封措施后，有效降低了低速及怠速時(shí)的空調(diào)系統(tǒng)壓力，解決了車輛怠速空調(diào)切斷的問題，且對(duì)制冷效果有較大幅度改善。

4 結(jié)論

文章通過在極端高溫條件下對(duì)某車型的空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能進(jìn)行分析，得出采用增加回?zé)崞饕约霸黾忧岸四K導(dǎo)流板間隙密封的改善方案，并通過道路試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果如下。

1）增加回?zé)崞鲗?duì)穩(wěn)定行駛時(shí)的車輛制冷效果改善明顯，但在城市行駛或怠速工況改善效果有限，且空調(diào)系統(tǒng)壓力無明顯變化，從而無法解決空調(diào)系統(tǒng)壓力高的問題。

2）增加導(dǎo)流板間隙密封后，可以改善低速及怠速階段的制冷效果，明顯降低空調(diào)系統(tǒng)壓力，解決怠速時(shí)空調(diào)切斷的問題。

通過文章中的某車型的改善方案，在不改動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下，通過修改空調(diào)管路 （增加回?zé)崞鳎┮约霸黾訉?dǎo)流板間隙密封的措施，可以有效提高汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能并解決怠速空調(diào)壓力高的問題，為汽車空調(diào)的改善設(shè)計(jì)提供重要的參考。

（編輯 章 子）