某輕型客車冷凍油加注量的影響分析

黃世云

(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限工司， 福建 廈門 361023)

在汽車空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍油作為整個空調(diào)系統(tǒng)的潤滑劑，是保證其正常工作的重要物質(zhì)[1]。在空調(diào)系統(tǒng)工作過程中，冷凍油隨著冷媒一起循環(huán)，所以，對于不同的車型，空調(diào)管路長度以及冷凝器、蒸發(fā)器大小不同，即便選用同款壓縮機，其冷凍油的加注量也不一樣。因此，對于新的空調(diào)系統(tǒng)，研究其冷凍油加注量，直接關(guān)系到空調(diào)降溫性能的好壞，以及壓縮機使用壽命的長短[2]。

1 冷凍油加注量對汽車空調(diào)性能的影響

冷凍油又叫冷凍機油，具有潤滑、密封、散熱、降噪以及調(diào)節(jié)機械動力能量的作用。當空調(diào)系統(tǒng)選型確定及冷媒量標定后，冷凍油的加注量就是空調(diào)性能的關(guān)鍵影響因素[3]。

1.1 冷凍油過多的影響

適量的冷凍油能夠確保冷凝器良好的散熱性能和蒸發(fā)器良好的制冷性能。冷媒易溶于冷凍油，且兩者具有一定的互溶型，當冷凍油過多時的不良影響主要有：

1) 使冷凝器的散熱量減少。由于冷凍油導(dǎo)熱性比冷媒差，在冷凝過程中，過多的冷凍油會阻礙冷媒與冷凝器管道之間的熱交換，使冷凝器散熱量降低。

2) 使蒸發(fā)器與車內(nèi)空氣熱交換效率降低。當溶有冷凍油的冷媒在流經(jīng)膨脹閥后，冷凍油仍然以霧狀的液態(tài)形式隨已變?yōu)闅鈶B(tài)的冷媒一起存在于蒸發(fā)器內(nèi)。且此時冷凍油仍為高溫狀態(tài)，當氣態(tài)冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱時，會同時吸收冷凍油的熱量，所以過多的冷凍油會使蒸發(fā)器與車內(nèi)空氣的熱交換量減小，導(dǎo)致空調(diào)制冷效果不好[4]。

3) 導(dǎo)致膨脹閥油堵和系統(tǒng)流阻增加。由于膨脹閥開度較小，過多的冷凍油流經(jīng)膨脹閥時，可能導(dǎo)致膨脹閥堵塞。同時聚集在管路低處的冷凍油會使冷媒流阻增大，導(dǎo)致空調(diào)出現(xiàn)制冷效果不好或不制冷問題。

4) 造成空調(diào)壓縮機“液擊”現(xiàn)象。通常情況下，回流到壓縮機的是低溫低壓的氣態(tài)冷媒，當冷凍油過多時，液態(tài)的冷凍油被吸入壓縮機，對壓縮機造成“液擊”，會導(dǎo)致壓縮機的使用壽命降低甚至損壞[5]。

1.2 冷凍油不足的影響

適量的冷凍油是確保壓縮機及其機構(gòu)最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)、安全性和使用壽命的必要條件，也是降低空調(diào)系統(tǒng)能耗、確保制冷效果的輔助劑。當系統(tǒng)中冷凍油不足時的不良影響主要有[6]：

1) 使壓縮機的使用壽命降低。冷凍油不足會導(dǎo)致壓縮機內(nèi)部各機構(gòu)的運動摩擦增大，甚至出現(xiàn)干磨和撞擊噪聲，導(dǎo)致壓縮機使用壽命縮短甚至報廢。

2) 導(dǎo)致壓縮機內(nèi)部散熱不良、高溫。當冷凍油不足時，摩擦產(chǎn)生的熱量增大且得不到有效散熱，導(dǎo)致壓縮機內(nèi)部高溫，降低了壓縮機的可靠性和安全性。

3) 壓縮機內(nèi)部微泄漏。冷凍油能夠?qū)嚎s機的動靜盤及軸承機構(gòu)起到密封作用，當冷凍油不足時，其內(nèi)部機構(gòu)間的密封效果差，甚至出現(xiàn)不密封，導(dǎo)致內(nèi)部微泄漏。

4) 能耗增加、制冷效果降低。當壓縮機出現(xiàn)缺油運動時，其內(nèi)部機械部件摩擦阻力增大，壓縮機效率降低，使發(fā)動機油耗增加，空調(diào)制冷性能下降。

2 某輕型客車冷凍油加注量試驗

每款車型必須通過試驗來確定其空調(diào)冷凍油加注量的準確性?，F(xiàn)對某輕型客車空調(diào)冷凍油加注量進行測試研究。

該車輛配置3個蒸發(fā)器，駕駛區(qū)1個，乘客區(qū)2個頂置，標定冷媒量為1 250 g。根據(jù)空調(diào)配套廠的冷凍油初加預(yù)估法(冷凍油加注量取冷媒加注量的1/4，即312.5 g)，取整310 g作為初始加注量進行試驗。

2.1 最大制冷性能試驗設(shè)計

該試驗是在以310 g冷凍油為基準中心，30 g作為增減變量，其他配置及試驗條件相同的情況下進行對比測試，將出制冷性能最好時的冷凍油加注量作為最終加注量。

2.1.1 試驗條件及試驗過程

本試驗采用40 ℃的環(huán)境溫度、50%環(huán)境濕度和950 W/m2的日照條件。按照試驗需求，設(shè)計試驗工況及試驗過程[7-8]，如圖1所示。本試驗過程分為4個階段，各階段工況要求如下[9]：

階段A：暖房升溫至40 ℃過程。暖房風機速度模擬車速40 km/h，車輛A/C關(guān)閉，整車HVAC(空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng))置“外循環(huán)、吹臉”模式，車輛空調(diào)風機開最大風速擋,直至暖房溫度穩(wěn)定。

階段B：車廂預(yù)熱。首先，車門、車窗全開，車輛空調(diào)關(guān)閉，暖房風機速度模擬車速40 km/h運行約20 min，車輛HVAC置“外循環(huán)、吹臉”模式，車輛空調(diào)風機開最大風速擋，使車廂內(nèi)前后無溫差；然后，車門、車窗全關(guān)，車輛空調(diào)關(guān)閉，暖房風機關(guān)閉(模擬車速為0)，車輛HVAC再置“外循環(huán)、吹臉”模式，車輛空調(diào)風機開最大風速擋，運行至車廂內(nèi)前后測溫點溫度到50 ℃±3 ℃(前測溫點Ch08、后測溫點Ch14)；最后，將車輛HVAC切換至內(nèi)循環(huán)，預(yù)熱至車廂內(nèi)中央測溫點(測溫點Ch11)溫度到60 ℃±3 ℃(以上測溫點如圖2和圖3所示)。

階段C：初始制冷過程。車輛空調(diào)開啟，車輛HAVC置“內(nèi)循環(huán)、吹臉”模式，開最大風速擋，暖房風機速度模擬車速40 km/h，持續(xù)30 min。

階段D：最大制冷過程。車輛空調(diào)繼續(xù)運行，車輛HAVC置“內(nèi)循環(huán)、吹臉”模式，開最大風速擋，暖房風機速度模擬車速80 km/h，持續(xù)30 min。

圖1 試驗過程圖

2.1.2 溫度測量點定義

測量點分為出風口位置和乘客頭部位置2個部分，定義儀表臺右側(cè)和中間出風口測量點分別為Ch01和Ch02，第一排至第五排取各排中間對應(yīng)頂棚出風口為測量點，分別定義為Ch03、Ch04、Ch05、Ch06、Ch07，如圖2所示；駕駛員頭部和副駕頭部分別定義為Ch08和Ch09，乘客區(qū)第一排至第五排座椅取中間座位的乘客頭部為測量點，分別定義為Ch10、Ch11、Ch12、Ch13、Ch14，如圖3所示，其中，Ch08、Ch14也分別同時為車廂前后測溫點位置，Ch11也同時為車廂中央測溫點[10-11]。

圖2 出風口測量點示意圖

圖3 乘客頭部測量點示意圖

2.2 制冷試驗

2.2.1 試驗順序設(shè)計

首先進行冷凍油為310 g的基準試驗，然后向著每增加30 g冷凍油的方向進行下組試驗，當出現(xiàn)下一組試驗的平均溫度比上一組高且2組試驗數(shù)據(jù)差異較大時，則停止增加冷凍油試驗，向著以310 g為基準中心、每減少30 g冷凍油的反方向繼續(xù)進行試驗，直至出現(xiàn)下組試驗溫度比上組上升的情況，且相鄰2組試驗溫度差異較小并大體趨于穩(wěn)定時，則可以結(jié)束試驗[12]。

2.2.2 分組試驗

試驗1：加注冷凍油310 g，按2.1.1進行試驗評測，部分測量點的數(shù)據(jù)見表1。

表1 冷凍油為310 g時部分測量點溫度數(shù)據(jù)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算，頭部及車廂中央溫控點平均溫度為(ch08+ch09+ch10+ch11+ch12+ch13+ch14+ch11)/8=25.2 ℃。

試驗2:在每增加30 g冷凍油的試驗過程中，第一次增加時其結(jié)果就比試驗1的平均溫度高出了1.69 ℃，增加30 g冷凍油比不增加時的溫度差異較大，故應(yīng)結(jié)束增加冷凍油的試驗。

隨即從試驗3開始進行每減少30 g冷凍油的反向試驗，在后續(xù)的試驗3至試驗6中，試驗4的平均溫度為22.91 ℃，相比左右相鄰試驗組試驗3的24.79 ℃和試驗5的23.08 ℃都要低，是最低溫度狀態(tài)。

為確保試驗的可靠性，繼續(xù)進行試驗6，測試結(jié)果顯示，試驗4、5、6這相鄰的3組試驗溫度差異都較小，且已大體趨于穩(wěn)定，故可結(jié)束試驗。試驗2至試驗6的部分數(shù)據(jù)見表2。

表2 試驗2至試驗6結(jié)束時各頭部測量點及中央溫控點溫度數(shù)據(jù)

2.3 試驗分析及結(jié)果

根據(jù)上述6組試驗數(shù)據(jù)，將各組試驗的頭部及車廂中央溫控點平均溫度繪制成圖，如圖4所示，可以看出，從試驗4開始，后續(xù)試驗平均溫度大體趨于穩(wěn)定，且試驗4為最低溫度點，故可以判斷試驗4的250 g冷凍油能夠使空調(diào)性能發(fā)揮最佳。

圖4 6組試驗平均溫度曲線

3 結(jié)束語

本文采用階梯式的冷凍油加注方案進行逐步試驗，確定了該空調(diào)系統(tǒng)最佳的冷凍油加注量。該項試驗結(jié)果不僅能夠確保該空調(diào)系統(tǒng)的性能發(fā)揮和各部件的使用壽命，還對售后維修保養(yǎng)有極其重要的指導(dǎo)作用。