高溫環(huán)境下出口汽車空調(diào)性能提升的研究

黃世云， 陳黃麗， 郭夕濤， 張銘貴， 王君興

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

目前，國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)系統(tǒng)都是按照國(guó)標(biāo)要求，以滿足國(guó)內(nèi)環(huán)境條件下使用而開(kāi)發(fā)的。隨著汽車出口市場(chǎng)的發(fā)展，銷往沙特、阿曼、馬來(lái)西亞等高溫地區(qū)的車輛在不斷增加。由于中東地區(qū)夏季平均溫度都會(huì)達(dá)到45 ℃以上，這對(duì)空調(diào)的制冷性能提出了更高的要求。因此，為了更好地打造我國(guó)出口汽車的品質(zhì)及口碑，對(duì)提高高溫環(huán)境下車用空調(diào)制冷性能的研究具有極其重要的意義[1]。

1 汽車空調(diào)性能提升因素

根據(jù)對(duì)汽車空調(diào)制冷原理的分析，在壓縮機(jī)布置空間受限，無(wú)法采用更大排量壓縮機(jī)的條件下，要提升高溫環(huán)境下整車空調(diào)的制冷性能，首先要提升的核心部件就是冷凝器的散熱能力，其次是冷媒流量和流阻，再次是整車的保溫性能[2-5]。

1.1 冷凝器散熱性能提升

在外界條件不變的情況下，影響冷凝器性能的因素主要有冷凝器的散熱面積、波距以及厚度。在評(píng)估生產(chǎn)工藝的可行性后，將冷凝器在原有的基礎(chǔ)上厚度增加4 mm，寬度增加200 mm，冷凝器波紋形散熱翅片波距由8 mm減小到5 mm。在標(biāo)準(zhǔn)工況下，試驗(yàn)測(cè)得該優(yōu)化后的冷凝器散熱功率增加約33.3%。通過(guò)對(duì)比測(cè)試來(lái)確定冷凝器加厚、加寬以及其散熱翅片波距減小對(duì)整車空調(diào)制冷性能的影響。測(cè)試工況為：空調(diào)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于冷卻模式最大擋，循環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，出風(fēng)模式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于吹人面部模式，風(fēng)量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于最大風(fēng)速擋，A/C開(kāi)關(guān)接通，車輛行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r/min、車速20～40 km/h，環(huán)形試驗(yàn)跑道，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，車內(nèi)初始溫度45 ℃。

選取兩輛只有冷凝器不同、其余配置都相同的試驗(yàn)車輛，在相同模擬使用條件下，測(cè)量各自的空調(diào)制冷性能，所測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可以看出，使用加厚、加寬以及波距加密的冷凝器車輛，其儀表臺(tái)出風(fēng)口溫度和蒸發(fā)器出風(fēng)口溫度比原車約低5 ℃，車廂內(nèi)溫度比原配置車輛約低4.4 ℃，而且降溫速度大大提高。所以，通過(guò)對(duì)冷凝器采取以上加厚、加寬以及波距減小的措施，使整車空調(diào)的降溫性能提升約14.6%[6-8]。

表1 對(duì)比測(cè)試溫度部分?jǐn)?shù)據(jù)

1.2 冷媒流量及流阻性能提升

空調(diào)制冷介質(zhì)為冷媒，在冷媒加注量標(biāo)定完成后，其對(duì)空調(diào)的影響表現(xiàn)在流經(jīng)管路的流量及流阻。在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)各部件的分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，電磁閥通徑僅2 mm,而連接其管路的內(nèi)徑為6 mm,電磁閥對(duì)流經(jīng)的冷媒有較強(qiáng)的節(jié)流作用，同時(shí)增大了整個(gè)系統(tǒng)的流阻。選取兩輛試驗(yàn)車輛，一輛保留電磁閥，另一輛取消電磁閥，其余配置均相同(為了驗(yàn)證電磁閥的節(jié)流效果，該兩輛試驗(yàn)車的冷凝器均采用原配冷凝器，變化只有電磁閥)。在環(huán)形試驗(yàn)跑道，空調(diào)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于冷卻模式最大擋，循環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，出風(fēng)模式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于吹人面部模式，風(fēng)量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于最大風(fēng)速擋，A/C開(kāi)關(guān)接通，車輛行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 400 r/min，車速40 km/h，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，車內(nèi)初始溫度約為45.5 ℃，進(jìn)行試驗(yàn)，所測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 對(duì)比測(cè)試溫度部分?jǐn)?shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)的分析可以得出，取消電磁閥后，儀表臺(tái)出風(fēng)口溫度與原車相當(dāng)，無(wú)明顯變化，但后蒸發(fā)器出風(fēng)口溫度和車廂內(nèi)溫度比原車約低5 ℃，所以電磁閥對(duì)冷媒有節(jié)流及增加流阻的副作用，降低了后蒸發(fā)器的制冷效果。因此，取消電磁閥能有效地提高空調(diào)的降溫性能[9]。

1.3 整車保溫性能的提升

在相同的車輛配置和相同外界熱負(fù)荷條件下，優(yōu)良的整車保溫性能能減少車廂內(nèi)與外界的熱交換，提升車內(nèi)的降溫效果。為了很好地驗(yàn)證整車保溫性能對(duì)空調(diào)制冷性能的影響，采用高溫暖房的試驗(yàn)方法，對(duì)整車有無(wú)保溫棉這兩種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試對(duì)比。測(cè)試工況為：空調(diào)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于冷卻模式最大擋，循環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，出風(fēng)模式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于吹人面部模式，風(fēng)量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于最大風(fēng)速擋，A/C開(kāi)關(guān)接通，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速前0～15 min怠速、后 15～20 min加速1 800 r/min，高溫暖房，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)環(huán)境溫度51 ℃，車內(nèi)初始溫度47 ℃。

為了保證測(cè)試車輛對(duì)比的變量是單一的，試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，選取兩輛樣車，一輛加裝保溫棉，另一輛無(wú)保溫棉，其余配置均相同(冷凝器和電磁閥均采用原配狀態(tài))。改制車在保溫上做了如下3個(gè)方面的保溫加強(qiáng)：車身頂棚從前至后全部貼一層玻璃纖維保溫棉；車身左右兩側(cè)在空白位置全部貼一層玻璃纖維保溫棉(車窗玻璃及開(kāi)門處除外)；發(fā)動(dòng)機(jī)艙后側(cè)板及引擎蓋貼一層玻璃纖維保溫棉。

兩輛車通過(guò)試驗(yàn)所測(cè)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可以看出，整車增加保溫棉之后，相比原車無(wú)保溫加強(qiáng)狀態(tài)，車廂內(nèi)降溫速度明顯提升，前后各出風(fēng)口溫度差相應(yīng)減小，且在相同時(shí)間內(nèi)，比原車降溫低約3 ℃。所以，整車保溫性能的加強(qiáng)，在高溫環(huán)境下，對(duì)空調(diào)性能的提升效果顯著。

表3 對(duì)比測(cè)試溫度部分?jǐn)?shù)據(jù)

2 綜合提升降溫測(cè)試

上述通過(guò)對(duì)各項(xiàng)改進(jìn)措施單獨(dú)對(duì)比驗(yàn)證，確認(rèn)了各項(xiàng)對(duì)策的可行性，為評(píng)價(jià)上述所有對(duì)策綜合運(yùn)用于整車上的效果，選取一輛樣車綜合改制，并在高溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)開(kāi)始前，將車輛在太陽(yáng)下暴曬3.5 h,并保持車輛在烈日直射下，空調(diào)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于冷卻模式最大擋、循環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)、出風(fēng)模式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于吹人面部模式、風(fēng)量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)置于最大風(fēng)速擋、A/C開(kāi)關(guān)接通，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、怠速，試驗(yàn)環(huán)境溫度47.8 ℃，車內(nèi)初始溫度56.4 ℃，所測(cè)溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 綜合測(cè)試溫度部分?jǐn)?shù)據(jù)

通過(guò)表4的測(cè)試結(jié)果可以看出，綜合運(yùn)用改進(jìn)冷凝器、取消電磁閥、增加保溫棉3項(xiàng)提升對(duì)策后，高溫環(huán)境下的空調(diào)性能顯著提升，各項(xiàng)改進(jìn)對(duì)策顯著有效[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，夏季最佳舒適溫度標(biāo)準(zhǔn)值為22 ～28 ℃，綜合運(yùn)用上述3項(xiàng)改進(jìn)措施后，在高于45 ℃環(huán)境溫度下，車廂內(nèi)溫度可降至21.7 ℃，整車空調(diào)的降溫性能已經(jīng)可以低于22 ℃。所以，通過(guò)3項(xiàng)改進(jìn)提升措施后，空調(diào)的降溫性能完全能夠達(dá)到45 ℃以上高溫環(huán)境的空調(diào)降溫需求，從而能夠滿足沙特、阿曼、卡塔爾、伊朗等高溫地區(qū)的空調(diào)制冷要求[11-12]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王久生.大客車空調(diào)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車工程師，2003(5):45-46.

[2] 陳孟湘.汽車空調(diào):原理、結(jié)構(gòu)、安裝、維修:：第2版[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2001:7-11 .

[3] 余志生.汽車?yán)碚摚旱?版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:10-14 .

[4] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001:20-29 .

[5] 陳家瑞.汽車構(gòu)造：第3版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:5-23 .

[6] 闕雄才，陳江平.汽車空調(diào)實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003:11-16 .

[7] 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車空調(diào)制冷裝置試驗(yàn)方法:QC/T 657-2000[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：1-9.

[8] 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)性能道路試驗(yàn)方法:QC/T 658-2009[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009:1-15.

[9] 林凡，申福林.計(jì)算流體力學(xué)在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用：中國(guó)客車行業(yè)發(fā)展論壇暨中國(guó)客車學(xué)術(shù)年會(huì)[C].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[10] 楊亞軍，朱廣棟.客車車內(nèi)空氣質(zhì)量的改善方案[J].客車技術(shù)與研究，2009，31(2)：27-29.

[11] 馬艷秋.空調(diào)客車內(nèi)熱舒適性及空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[12] 范李，賓軍.汽車內(nèi)熱舒適環(huán)境的模糊評(píng)價(jià)方法[J].公路與汽運(yùn)，2009(3):1-4.