周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車(chē)有限公司，浙江 寧波 315800）

關(guān)于某出口海外車(chē)型空調(diào)系統(tǒng)性能的提升與分析

周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車(chē)有限公司，浙江 寧波 315800）

詳細(xì)介紹國(guó)內(nèi)某車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)制冷效果差的原因，通過(guò)改善與優(yōu)化壓縮機(jī)傳動(dòng)比、增加逆流式冷凝器、優(yōu)化空調(diào)管路結(jié)構(gòu)、減少機(jī)艙內(nèi)部熱回流效性，有效提升整車(chē)空調(diào)性能水平達(dá)28 %左右，同時(shí)提高了該車(chē)型在海外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，銷(xiāo)量節(jié)節(jié)攀升。

小輪徑壓縮機(jī)；逆流式冷凝器；同軸管路；導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)

隨著目前我國(guó)自主品牌車(chē)輛快速發(fā)展，許多自主品牌汽車(chē)已擺脫國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的限制，積極到海外市場(chǎng)進(jìn)行拓展。熱帶尤其是海灣地區(qū)環(huán)境與國(guó)內(nèi)差距巨大，若國(guó)內(nèi)車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)不做提升直接應(yīng)用于海灣熱帶地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)制冷效果將大大下降。而目前大多出口海灣地區(qū)車(chē)輛，均與國(guó)內(nèi)車(chē)輛為同一平臺(tái)，未進(jìn)行新車(chē)型開(kāi)發(fā)，因而空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在局限型，無(wú)法進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)整體重新匹配開(kāi)發(fā)。因此，如何在保證空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)有構(gòu)架基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)零部件優(yōu)化提升，以滿(mǎn)足海灣地區(qū)空調(diào)制冷性能，成了各大汽車(chē)廠商共同研究的課題。本文就從各個(gè)方面綜合闡述，對(duì)現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化提升。

1 空調(diào)制冷效果差原因分析

沙特、阿曼、巴林等海灣地區(qū)國(guó)家，處于北回歸線高壓帶，屬于熱帶、亞熱帶沙漠氣候。一年有8個(gè)月時(shí)間平均氣溫在40 ℃以上，特別是在沙漠地帶，正午時(shí)分氣溫可能高達(dá)60 ℃。某車(chē)型的空調(diào)制冷系統(tǒng)是基于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)的，前期設(shè)計(jì)只是初步包含海灣地區(qū)的高溫工作環(huán)境，以致在空調(diào)系統(tǒng)的制冷量選擇偏小，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)的溫度高于空調(diào)所設(shè)定的溫度。國(guó)內(nèi)某車(chē)型分別按照海灣工況與國(guó)內(nèi)工況進(jìn)行環(huán)模試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，由數(shù)據(jù)可以看出，同樣的空調(diào)系統(tǒng)，在海灣工況下比國(guó)內(nèi)工況下空調(diào)制冷性能要高50 %以上。因此要提升海外空調(diào)性能，需要對(duì)整車(chē)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，相關(guān)零部件做改進(jìn)，制冷量提升，包括壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、冷凝器結(jié)構(gòu)、機(jī)艙內(nèi)部熱平衡性能等［1］，都需要做一些優(yōu)化。

表1 海灣與國(guó)內(nèi)工況試驗(yàn)對(duì)比

2 制冷系統(tǒng)優(yōu)化

汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)及管路與控制部件等組成?？照{(diào)制冷工作原理如圖1所示。

圖1中，1→2：壓縮機(jī)壓縮過(guò)程；2→3：冷凝器冷凝過(guò)程；3→4：膨脹閥減壓過(guò)程；4→1：蒸發(fā)器吸熱過(guò)程；由圖1可知4→1長(zhǎng)度為空調(diào)制冷量。

圖1 空調(diào)制冷工作原理圖

2.1 壓縮機(jī)

空調(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件?？照{(diào)壓縮機(jī)的功能是借助外力（例如發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力）維持制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫、低壓的制冷劑蒸氣，壓縮制冷劑蒸氣使其溫度和壓力升高，并將制冷劑蒸氣送往冷凝器，在熱量吸收和釋放的過(guò)程中，就實(shí)現(xiàn)了熱交換。

方案內(nèi)容：減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑，提升同等轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)功率。壓縮機(jī)制冷量公式

圖2 壓縮機(jī)皮帶輪直徑與制冷量關(guān)系

式中：n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；λ——壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)比；q ——單位體積下制冷劑制冷量；V——壓縮機(jī)輸氣量。

由公式可知，壓縮機(jī)制冷量與傳動(dòng)系數(shù)成正比，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)傳動(dòng)比，可在不改變排量基礎(chǔ)上對(duì)壓縮機(jī)制冷量有較大提升［2］。

圖2為某車(chē)型汽車(chē)壓縮機(jī)皮帶輪直徑與壓縮機(jī)制冷量關(guān)系圖。由圖可以看出，在保持其他工況不變的情況下，將壓縮機(jī)皮帶輪直徑由130 mm減少至110 mm，壓縮機(jī)整體制冷量可提升18 % 。

由于在車(chē)型開(kāi)發(fā)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)排量、壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)布局均已確定，若通過(guò)更改壓縮機(jī)排量提升壓縮機(jī)功率，則壓縮機(jī)型號(hào)、壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)安裝布局、空調(diào)管路布局均需重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，工作量巨大，開(kāi)發(fā)費(fèi)用高、周期較長(zhǎng)。而采用減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑的方法，則只需對(duì)壓縮機(jī)皮帶輪型號(hào)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)選取對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)皮帶型號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)功率提升。

2.2 冷凝器

汽車(chē)?yán)淠魇菍膲嚎s機(jī)送出來(lái)的高壓、高溫的冷媒（氣態(tài)冷媒）冷卻并液化它。冷凝器通過(guò)車(chē)輛移動(dòng)時(shí)的空氣流動(dòng)及冷卻風(fēng)扇所產(chǎn)生的空氣流動(dòng)，使冷媒從蒸發(fā)器所獲得的熱量釋放。冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖及局部放大圖如圖3所示。

改善方案：減少冷凝器扁管厚度，同時(shí)增加扁管數(shù)量，增大冷凝器熱交換面積，提升散熱效率［3］。冷凝器換熱面積公式

將N帶入則

式中： h——扁管厚度；d——扁管寬度；L——扁管長(zhǎng)度；N——扁管數(shù)量； D ——扁管總厚度；k——扁管間距； S——散熱器面積。

由公式3可得出，當(dāng)扁管長(zhǎng)度、扁管總厚度、扁管寬度不變情況下，減小扁管厚度，可有效提升散熱面積。圖4所示為某車(chē)型冷凝器扁管厚度由2 mm改為1 mm后換熱量對(duì)比圖，由圖4中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)冷凝器扁管厚度降低后，冷凝器換熱量提升約15 %。

圖3 冷凝器結(jié)構(gòu)及局部放大圖

圖4 冷凝器扁管厚度與換熱量關(guān)系圖

2.3 空調(diào)管

汽車(chē)空調(diào)的各部件分散在汽車(chē)的各個(gè)部位，由空調(diào)管路將這些部件總成連接起來(lái)，組成一套完整的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)。汽車(chē)空調(diào)管路一般由鋁管、空調(diào)膠管及其他管路附件組成。其中，高壓管為壓縮機(jī)到膨脹閥之間的空調(diào)管路；低壓管為膨脹閥到壓縮機(jī)的空調(diào)管路［4］。

由于某車(chē)型早期的設(shè)計(jì)限制，致使冷媒在空調(diào)管路中運(yùn)行時(shí)受機(jī)艙高溫影響熱損失較為嚴(yán)重，尤其在海灣地區(qū)，環(huán)境溫度過(guò)高，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙某區(qū)域溫度將超過(guò)100 ℃，導(dǎo)致冷媒冷卻后的溫度回升過(guò)快，直接影響了制冷效果。如圖5所示。

圖5 空調(diào)管熱量損失示意圖

將現(xiàn)有空調(diào)管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化為同軸管路結(jié)構(gòu)，增加空調(diào)高低壓管換熱量，降低熱量損失。同軸管結(jié)構(gòu)如圖6所示。將高低壓管結(jié)合為一根管路（同軸），通過(guò)高低壓管在工作過(guò)程中自身的物理特性（蒸發(fā)器進(jìn)出口處溫度差大）相互傳遞能量，起到節(jié)能、提高制冷性能的作用。

圖6 空調(diào)同軸管結(jié)構(gòu)原理圖2.4 導(dǎo)風(fēng)板

2.4 導(dǎo)風(fēng)板

怠速工況下，冷凝器前端存在兩股較大回流，由于回流導(dǎo)致溫度較高（一般超過(guò)80 ℃），影響了散熱器的散熱效果。為了提升空調(diào)冷凝器的散熱效果，同時(shí)減少機(jī)艙內(nèi)部空氣的熱回流，對(duì)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)型的機(jī)艙前部增加左右2塊導(dǎo)風(fēng)板。如圖7所示。

在相同功耗情況下，冷凝器比之前的散熱效果提升18 %，同時(shí)避免了熱流竄動(dòng)對(duì)散熱器的影響［5］。增加導(dǎo)風(fēng)板前后的散熱提升效果如圖8所示，增加導(dǎo)風(fēng)板前后環(huán)模試驗(yàn)的機(jī)艙內(nèi)熱回流成像圖如圖9所示。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，隨著風(fēng)流速的增大，增加導(dǎo)風(fēng)板的散熱效果有顯著提升。

圖7 導(dǎo)風(fēng)板位置

圖8 導(dǎo)風(fēng)板散熱提升效果

圖9 機(jī)艙內(nèi)熱回流成像圖

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)各影響點(diǎn)進(jìn)行理論計(jì)算及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、空調(diào)管路、導(dǎo)風(fēng)板等進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。通過(guò)減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑來(lái)增加壓縮機(jī)單位時(shí)間制冷量，增大冷凝器熱交換面積來(lái)增加換熱量，使用同軸管來(lái)減少低溫?fù)p失，使用導(dǎo)風(fēng)板來(lái)避免熱流竄動(dòng)等方案進(jìn)行提升優(yōu)化［6］。表5為此次改進(jìn)前后的效果提升數(shù)據(jù)對(duì)比，根據(jù)對(duì)樣件裝車(chē)的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，測(cè)試結(jié)果達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿(mǎn)足在海灣地區(qū)市場(chǎng)需求，大大提高整車(chē)空調(diào)性能水平。最終通過(guò)以上這些方案驗(yàn)證和實(shí)施，車(chē)輛空調(diào)制冷效果明顯提升，該車(chē)型得到市場(chǎng)的認(rèn)可，在海灣國(guó)家銷(xiāo)量節(jié)節(jié)攀升。

表5 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

［1］QC/T 657-2000，汽車(chē)空調(diào)制冷裝置試驗(yàn)方法［S］.

［2］Q/JLY J7110418 A-2011，汽車(chē)空調(diào)管路總成技術(shù)條件［S］.

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

［4］孫任云，付百學(xué).汽車(chē)電器與電子技術(shù)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］丁國(guó)良，張春路.制冷空調(diào)裝置仿真與優(yōu)化［M］. 北京：科學(xué)出版社，2001.

［6］闕雄才，陳江平.汽車(chē)空調(diào)使用技術(shù)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

（編輯 凌 波）

The Performance Analysis and Improving of Air-Conditioning System on An Export Vehicle Model

ZHOU Si-lin， HE Lin-jun， YU He-long， SHENG Wei-qi
（Zhejiang Geely Automobile Co.， Ltd.， Ningbo 315800， China）

The paper describes how to improve the performance of air-conditioning system on a domestic-produced vehicle. Through improving compressor gear ratio， increasing counter-current condensers， optimizing tube structure and reducing the hot reflux in the engine room， the A/C performance is raised up to 28 %， which strengthen the competitiveness of this car in foreign market and boots the sale.

small compressor wheel diameter; counter-current condenser; coaxial piping; wind deflector

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0075-03

2016-10-08；2017-04-17

周思林（1984-），男，工程師，主要從事新能源汽車(chē)電氣開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)工作。