整車降溫性能優(yōu)化試驗(yàn)研究

【摘" 要】針對客戶認(rèn)為汽車空調(diào)降溫性能還有優(yōu)化的空間，經(jīng)過分析，增加HVAC總成出風(fēng)模式功能和儀表板出風(fēng)口通風(fēng)面積。按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 658—2000進(jìn)行環(huán)境倉試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明可以達(dá)到快速降溫目的。

【關(guān)鍵詞】HVAC總成；空調(diào)出風(fēng)口；模式

中圖分類號：U463.851"""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""" 文章編號：1003-8639（2025）01-0089-03

Experimental Study on Optimization of Vehicle Cooling Performance

ZHANG Xiaogang

（Derry New Energy Automobile Co.，Ltd.，Shanghai 200062）

【Abstract】There is still room for improvement in the cooling performance of car air conditioning，as customers believe. After analysis，the functions of the HVAC assembly's air outlet mode have been enhanced，and the ventilation area of the instrument panel's air outlet has been increased. In accordance with the automotive industry standard QC/T 658—2000，environmental chamber tests were carried out for verification. The test results indicate that rapid cooling can be achieved.

【Key words】HVAC assembly；air conditioning vents；mode

0" 前言

隨著人民生活水平的提高，各行各業(yè)對汽車舒適性要求也越來越高。有試驗(yàn)表明，夏季汽車在室外陽光下長時間暴曬，車內(nèi)環(huán)境溫度會高于外界環(huán)境溫度。在環(huán)境溫度40℃的天氣下，乘員艙內(nèi)溫度可以達(dá)到70℃，甚至超過80℃，如果使用隔熱比較差的內(nèi)飾，以及陽光透射率比較大的玻璃，或者取消部分內(nèi)飾材料，情況將會更糟糕。市場認(rèn)為微卡車型夏季空調(diào)降溫速度還有提升空間，針對這一問題，本文將從空調(diào)系統(tǒng)各部件技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)以及相關(guān)的周邊做全面的分析研究，并通過快速成型件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1" 工作原理

1.1" 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理

汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理是利用液態(tài)制冷劑經(jīng)過膨脹閥節(jié)流，進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)汽化吸熱，吸收掠過蒸發(fā)器表面的空氣熱量，降低空氣溫度，達(dá)到乘客艙降溫目的，如圖1所示。

制冷劑循環(huán)流動涉及4個關(guān)鍵過程：壓縮、散熱、節(jié)流和吸熱。

1）壓縮過程：壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器出口處的低溫低壓制冷劑氣體，通過壓縮機(jī)的壓縮使其變成高溫高壓的氣體，然后排出壓縮機(jī)。

2）散熱過程：高溫高壓的制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器，通過冷凝器的冷凝過程變成液態(tài)，并散出大量的熱量。

3）節(jié)流過程：制冷劑液體通過膨脹閥節(jié)流，使體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀（細(xì)小液滴）排出。

4）吸熱過程：霧狀制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器，由于沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)器內(nèi)溫度，制冷劑液體蒸發(fā)成氣體，在蒸發(fā)過程中大量吸收周圍的熱量，從而降低車內(nèi)的溫度。

參照陳孟湘[1]編著的《汽車空調(diào)——原理、結(jié)構(gòu)、安裝、維修》計(jì)算整車熱負(fù)荷校核，本車型設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)各部件性能參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2" 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工作原理

空氣在HVAC總成內(nèi)的鼓風(fēng)機(jī)作用下，空氣進(jìn)入制冷循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器降低空氣流溫度，通過冷暖風(fēng)門控制，使氣流避開加熱芯體，直接進(jìn)入氣流的分風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道，使氣流吹向吹面、吹面/吹腳、吹腳、吹腳/吹前窗、吹前窗。如圖2所示。理論上風(fēng)量越大，空調(diào)制冷量越大，在密閉絕熱的情況下，同樣的空間內(nèi)降溫的速度也會越快。

如需對氣流加熱，此時空調(diào)制冷系統(tǒng)不工作，使氣流通過PTC加熱器，再進(jìn)入各風(fēng)門系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模式功能。

前期為了滿足造型需求，出風(fēng)口設(shè)計(jì)一個，并且和造型狀態(tài)一致，使出風(fēng)口格柵不可調(diào)，同時也非常致密，導(dǎo)致風(fēng)阻很大，空氣流量減小，如圖3所示。

2" 方案優(yōu)化

2.1" 空調(diào)箱總成優(yōu)化方案

原空調(diào)出風(fēng)口沒有模式分風(fēng)功能，為了解決除霜和乘員艙降溫問題，直接把氣流同時吹向玻璃和乘員，省略模式伺服電機(jī)。氣流直接吹向玻璃面，由于玻璃熱阻遠(yuǎn)小于空氣熱阻，冷空氣經(jīng)過前玻璃時會損失一部分制冷量。更改前HVAC總成及風(fēng)道如圖4所示。

優(yōu)化方案為增加模式電機(jī)、模式風(fēng)門，把吹面和除霜模式分開，使氣流全部吹向前擋玻璃，或者全部吹向乘員。更改后HVAC總成及風(fēng)道如圖5所示。

2.2" 儀表板出風(fēng)口優(yōu)化方案

原方案為了滿足造型需求，將出風(fēng)口做成固定形式并且格柵比較密，因此出風(fēng)口風(fēng)阻比較大，導(dǎo)致同功率下鼓風(fēng)機(jī)空氣流量降低，影響蒸發(fā)器制冷性能。優(yōu)化方案更改出風(fēng)口部分結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)向，格柵間距增加，大大降低風(fēng)阻，同功率下鼓風(fēng)機(jī)有效提升風(fēng)量，同時將原來一個吹面出風(fēng)口更改為兩個吹面出風(fēng)口。更改后出風(fēng)口如圖6所示。

3" 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1" 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理

按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 658—2000《汽車空調(diào)整車降溫性能試驗(yàn)方法》[2]進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度38℃、日照強(qiáng)度1000w/（m2·h）、空氣濕度50%RH，環(huán)境倉內(nèi)預(yù)熱車輛，車內(nèi)溫升到48℃時開始試驗(yàn)。因顧客反饋降溫速度比較慢，所以試驗(yàn)時按照車速40km/h、試驗(yàn)時間40min、HVAC總成的模式調(diào)整至吹面模式，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量擋位調(diào)整至最大風(fēng)量，電動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，在環(huán)境倉內(nèi)做試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中記錄頭部溫度以及出風(fēng)口溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。更改前后降溫試驗(yàn)對比曲線如圖7所示。

3.2" 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

汽車艙內(nèi)的溫度降低速率直接影響空調(diào)系統(tǒng)容量和能耗，且影響人體適應(yīng)環(huán)境急劇變化的適應(yīng)能力，所以降溫速度影響舒適性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)。根據(jù)圖7試驗(yàn)結(jié)果對比分析，試驗(yàn)進(jìn)行到5min時，更改后比更改前呼吸點(diǎn)溫度降低約4.5℃，降溫速率取得極大改善。有研究表明，合適的降溫速度為每分鐘汽車內(nèi)部溫度下降約1.5℃[3]，更改后試驗(yàn)結(jié)果表明前10min內(nèi)，降溫速率約2℃/min，達(dá)到快速降溫效果。按照團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CAAMTB 61—2021《汽車駕乘性體驗(yàn)測試評價規(guī)程》[4]客觀評價空調(diào)性能，優(yōu)化后的空調(diào)系統(tǒng)為良。在試驗(yàn)進(jìn)行到40min試驗(yàn)結(jié)束時，乘客艙呼吸點(diǎn)的溫度也低于項(xiàng)目當(dāng)初制定的VTS目標(biāo)。

4" 結(jié)論

HVAC總成增加出風(fēng)模式，增加出風(fēng)口通風(fēng)面積，可以達(dá)到快速降溫目的，滿足客戶快速降溫需求。試驗(yàn)結(jié)果為改善量產(chǎn)車型提升空調(diào)快速降溫性能提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。試驗(yàn)方案的驗(yàn)證效果，也為后續(xù)車型設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳孟湘.汽車空調(diào)——原理、結(jié)構(gòu)、安裝、維修[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2001.

[2] QC/T 658—2000，汽車空調(diào)整車降溫性能試驗(yàn)方法 [S]. 2000.

[3] 王若平.汽車空調(diào)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4] T/CAAMTB 61—2021，汽車駕乘性體驗(yàn)測試評價規(guī)程[S].2021.

（編輯" 楊凱麟）