韓海強(qiáng)，童國慶，2，何旭明，韋興民，馮擎峰

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 201804）

提高面向中東市場乘用車的空調(diào)降溫性能

韓海強(qiáng)1，童國慶1，2，何旭明1，韋興民1，馮擎峰1

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 201804）

某款乘用車出口中東市場，出現(xiàn)空調(diào)停止工作及空調(diào)降溫性能不能滿足當(dāng)?shù)馗邷丨h(huán)境要求的問題。經(jīng)過分析并對發(fā)動機(jī)水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的樣件裝車測試，空調(diào)工作不再出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，空調(diào)降溫性能達(dá)到了中東地區(qū)高溫環(huán)境的要求，此款乘用車可以順利出口到中東市場。

空調(diào)；降溫性能；測試；中東市場

1 概述

某款乘用車出口中東市場，該地區(qū)屬于熱帶沙漠氣候，年降水量少，環(huán)境溫度高，對汽車的散熱系統(tǒng)以及空氣降溫性能的要求較高。符合中國技術(shù)要求、市場可以接受的車輛，如果不經(jīng)過改進(jìn)就不一定能夠符合中東市場的要求。

某款在中國市場正常上市銷售的乘用車，直接出口到中東市場，汽車的散熱系統(tǒng)和空調(diào)降溫性能不能滿足中東市場的技術(shù)要求，出現(xiàn)了發(fā)動機(jī)水溫高而使空調(diào)停止工作及空調(diào)效果差的問題。為此，必須針對相關(guān)的零部件、系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，經(jīng)過分析制定了改進(jìn)方案，做出樣件進(jìn)行試裝測試，符合要求后再進(jìn)行批量生產(chǎn)。

2 空調(diào)降溫性能差問題分析

2.1 環(huán)境原因

伊拉克、沙特等中東國家多為熱帶、亞熱帶沙漠地區(qū)，夏季炎熱漫長，最高溫度在50℃以上，極端溫度可達(dá)55℃，地表溫度可達(dá)80℃，是世界上最熱的地區(qū)之一。

某款乘用車的冷卻系統(tǒng)是基于最高溫度40℃設(shè)計的，設(shè)計時沒有考慮中東地區(qū)高溫環(huán)境的情況。

2.2 系統(tǒng)原因

1）冷卻液水溫高的原因由于發(fā)動機(jī)在工作時產(chǎn)生的熱量大于冷卻系統(tǒng)所能帶走的最大散熱能力，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)冷卻液水溫?zé)o法控制在要求范圍。

2）空調(diào)不工作原因一個重要的原因是由于發(fā)動機(jī)水溫超過一定值，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)為保護(hù)發(fā)動機(jī)本身而將空調(diào)壓縮機(jī)斷開，使空調(diào)壓縮機(jī)停止工作，發(fā)動機(jī)的負(fù)載降低，達(dá)到減少發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量以實(shí)現(xiàn)降低水溫的作用。

3）空調(diào)效果差的原因一方面由于外界環(huán)境影響導(dǎo)致空調(diào)冷凝器帶走熱量的能力下降，使空調(diào)制冷能力下降；另一方面由于空調(diào)壓縮機(jī)功率限制，空調(diào)制冷系統(tǒng)帶走熱量的能力小于外界環(huán)境傳到駕駛室內(nèi)的熱量；再者，冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量帶走的熱量不足。如果出現(xiàn)發(fā)動機(jī)水溫過高而切斷空調(diào)壓縮機(jī)電源，空調(diào)就停止工作，則駕駛室內(nèi)的環(huán)境更差。

3 改進(jìn)設(shè)計

本次改進(jìn)從發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)及提高風(fēng)量增加散熱量方面著手，以達(dá)到解決發(fā)動機(jī)冷卻液水溫高、空調(diào)不工作的情況并改善空調(diào)制冷效果的目的。

汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱的熱量計算公式：

式中：A——傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料的熱能百分比，對汽油機(jī)來說A=0.23～0.30；ge——內(nèi)燃機(jī)燃料消耗率，kg／kW·h；Ne——內(nèi)燃機(jī)功率，kW；hn—燃料的熱值，kJ／kg。

從上式可以看出，對于發(fā)動機(jī)型號一定的車型來說，在不同地區(qū)需從冷卻系統(tǒng)散走的熱量基本是一定的［1］。

3.1 改進(jìn)方案考慮

經(jīng)過分析，制定改進(jìn)方案，如表1所示。

表1 改進(jìn)方案

3.2 水泵的改進(jìn)設(shè)計

將水泵葉片加高4mm，加高方向如圖1所示。改進(jìn)前、后水泵揚(yáng)程，見表2。

表2 改進(jìn)前、后水泵揚(yáng)程比較

3.3 散熱器改進(jìn)設(shè)計

目前國內(nèi)設(shè)計散熱器時的其中一個參數(shù)是液氣溫差為60℃，如某款乘用車的散熱器在液氣溫差60℃條件下要求散熱能力大于等于55kW。

中東極端的溫度為55℃，若按最高水溫為110℃，液氣溫差只有55℃，根據(jù)廠家經(jīng)驗(yàn)，液氣溫差少5℃，單位散熱面積的散熱能力降低了10%～15%。通過增加散熱面積彌補(bǔ)散熱能力。

假設(shè)取ΔQ1=0.85ΔQ，則S1≥1.176S；即要求改進(jìn)后的散熱面積要大于等于原散熱面積的1.176倍。

散熱器改進(jìn)通常是通過芯體加厚來增加散熱面積，某款乘用車原散熱器芯厚為16mm，散熱面積6.12m2；將芯厚增到20mm，散熱面積達(dá)7.6m2，改進(jìn)后的散熱器散熱面積是原來的1.242倍。散熱器芯厚示意圖如圖2所示。

3.4 冷卻風(fēng)扇改進(jìn)設(shè)計

冷卻風(fēng)扇風(fēng)量需求計算公式：

式中：Δta——空氣進(jìn)入散熱器前、后的溫差，一般Δta=10～30℃，目前設(shè)計Δta取30℃來計算［1］；γa——空氣密度，一般γa=1.01kg／m3；cp—空氣定壓比熱，可取cp=1.047kJ／kg·℃。

通過前期的測試，某款乘用車在55℃環(huán)境下，風(fēng)扇后的空氣溫度能達(dá)到80～82℃，相當(dāng)于Δta=25～27℃，這里我們?nèi)?5℃進(jìn)行計算。

在總的散熱需求不變的情況下，改進(jìn)設(shè)計后的某款乘用車?yán)鋮s風(fēng)扇風(fēng)量要求為：Va1=（30×Va）／25= 1.2Va，即要求改后冷卻風(fēng)扇的通風(fēng)量為原風(fēng)扇的1.2倍，風(fēng)量由2000m3／h增加到2400m3／h。通過重新設(shè)計風(fēng)葉結(jié)構(gòu)、增大電機(jī)功率、更改風(fēng)葉材料來實(shí)現(xiàn)，并預(yù)留一定提升空間。冷卻風(fēng)扇示意圖見圖3［2-4］。

4 改進(jìn)設(shè)計的試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)方案確定

試驗(yàn)的樣件分別為：①芯體厚度增加到20mm的散熱器手工樣件；②改進(jìn)后的水泵樣件；③通過對在產(chǎn)風(fēng)扇增加轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量增加20%左右的風(fēng)扇手工樣件。環(huán)境艙設(shè)計的溫度為45℃。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1）改進(jìn)前

改進(jìn)前整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 改進(jìn)前整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)結(jié)果

改進(jìn)前整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)曲線如圖4所示，結(jié)果不符合技術(shù)要求。

2）改進(jìn)后

改進(jìn)后整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 改進(jìn)后整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)結(jié)果

改進(jìn)后整車空調(diào)降溫性能試驗(yàn)曲線如圖5所示，符合技術(shù)要求。

從以上的試驗(yàn)結(jié)果表及性能曲線分析可以得出，發(fā)動機(jī)的散熱有明顯的改善，空調(diào)不工作的情況、空調(diào)的制冷效果有明顯的改善，達(dá)到技術(shù)要求。

5 總結(jié)

在中國市場正常銷售的車輛，出口到中東高溫環(huán)境的國家和地區(qū)，發(fā)動機(jī)的散熱性能變差，空調(diào)出現(xiàn)停止工作及空調(diào)降溫性能差的問題，實(shí)際模擬測試結(jié)果，不符合中東高溫環(huán)境的技術(shù)要求。為了中國民族品牌的車輛出口中東市場，必須進(jìn)行發(fā)動機(jī)散熱性能、空調(diào)降溫性能的改進(jìn)工作。

經(jīng)過分析制定改進(jìn)方案，改進(jìn)涉及到水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、壓縮機(jī)，考慮到改進(jìn)壓縮機(jī)涉及的工作量大及增加成本高，綜合考慮后，決定改進(jìn)水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇：通過增加水泵的葉片高度來提高水泵的性能；通過增加散熱器水箱的厚度來增大散熱面積；通過增加風(fēng)量來提高冷卻風(fēng)扇的性能。

根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計做出樣件，進(jìn)行裝車驗(yàn)證測試，測試結(jié)果達(dá)到了技術(shù)要求。本款車型安裝改進(jìn)后的水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇，即可順利出口中東高溫環(huán)境的國家和地區(qū)。

［1］張杰.簡述發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計及散熱量計算［J］.裝備制造技術(shù)，2004（2）：21-24.

［2］德國BOSCH公司.Robert BOSCH GmbH汽車電氣與電子控制［M］.魏春源，等譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

［3］德國BOSCH公司.BOSCH汽車工程手冊（中文第2版）［M］.顧柏良，等譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

［4］孫仁云，付百學(xué).汽車電器與電子技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

（編輯文珍）

Enhancing Cooling Performance of Passenger Car For Middle East Market

HAN Hai-qiang1，TONG Guo-qing1，2，HE Xu-ming1，WEI Xing-min1，F(xiàn)ENG Qing-feng1
（1.Geely Automobile Research Institute，Hangzhou 311228，China；
2.Tongji University，Shanghai 201804，China）

The air conditioner sometimes stoppes working and its cooling performance can not meet the requirements of local high temperature environment on a style of passenger car exported to the Middle East market. After analysis and improvement to its engine water pump，radiator and cooling fan，the improved sample is tested on car. The results show that it can work normally and meet the requirements of high temperature environment，so this style of passenger car can be exported to the Middle East market successfully.

air conditioning；cooling performance；test；Middle East market

U463.851

A

1003－8639（2014）06－0020－03

2014-03-27；

2014-04-02

韓海強(qiáng)，吉利汽車研究院海外產(chǎn)品支持部部長；童國慶，高級工程師，吉利汽車研究院技術(shù)專家；何旭明，吉利汽車研究院一級主任工程師；韋興民，吉利汽車研究院資深總工程師；馮擎峰，吉利集團(tuán)副總裁。