中型客車空調(diào)系統(tǒng)的研究

梁志禮、崔夢(mèng)斐、牛國(guó)慶

（黃河交通學(xué)院 454950)

0 引言

世界空調(diào)技術(shù)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)空調(diào)系統(tǒng)的研究進(jìn)程。目前，美國(guó)生產(chǎn)的客車12%裝備了自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，有82%的客車裝備了手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，智能化和自動(dòng)化無(wú)疑是目前發(fā)展的重點(diǎn)。反觀國(guó)內(nèi)，汽車空調(diào)生產(chǎn)如何走上專業(yè)化、規(guī)?；慕?jīng)營(yíng)之路，將成為我國(guó)未來(lái)幾年汽車空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。

1 客車空調(diào)系統(tǒng)的功能與工作原理

1.1 空調(diào)系統(tǒng)的功能介紹

調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度是汽車空調(diào)的基本功能，汽車空調(diào)在冬季利用其采暖裝置升高車室內(nèi)的溫度，在夏季由制冷裝置完成車內(nèi)降溫工作。普通汽車空調(diào)一般不具有調(diào)節(jié)車內(nèi)濕度的功能，只有高級(jí)豪華汽車采用的冷暖一體化空調(diào)器，才能對(duì)車內(nèi)的濕度進(jìn)行適量的調(diào)節(jié)。由于車內(nèi)空間小，乘員密度大，車內(nèi)極易出現(xiàn)缺氧和二氧化碳濃度過(guò)高的情況，因此必須要求汽車空調(diào)具有補(bǔ)充車外新鮮空氣，過(guò)濾和凈化車內(nèi)空氣的功能[1]。

1.2 客車空調(diào)的制冷過(guò)程和采暖裝置

客車空調(diào)制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器和鼓風(fēng)機(jī)等組成。其工作循環(huán)的過(guò)程包括壓縮過(guò)程、散熱過(guò)程、節(jié)流過(guò)程和吸熱過(guò)程。這4個(gè)循環(huán)過(guò)程周而復(fù)始的進(jìn)行，達(dá)到降低蒸發(fā)器周圍空氣溫度的目的。

客車空調(diào)的取暖系統(tǒng)分為余熱式取暖系統(tǒng)和獨(dú)式熱源取暖系統(tǒng)。大中型客車上通常用的是獨(dú)立熱源水暖裝置，水加熱器的最大優(yōu)點(diǎn)就是不僅可作為車廂取暖之用，而且可以預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑油和蓄電池，便于冬季發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。

2 中型客車空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算

2.1 壓縮機(jī)及其排量的選擇

壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的“心臟”。目前空調(diào)系統(tǒng)所使用的壓縮機(jī)均為容積式制冷壓縮機(jī)，主要分為曲軸連桿式、斜盤(pán)式和渦旋式等，壓縮機(jī)排量L與蒸發(fā)器產(chǎn)冷量口,以及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系式。

式中v"為壓縮機(jī)吸氣口處制冷劑蒸氣比容；n為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速；x為蒸發(fā)器出口處制冷劑的干度；y為制冷劑在相應(yīng)蒸發(fā)溫度下的氣化潛熱。當(dāng)蒸發(fā)器產(chǎn)冷量確定后，壓縮機(jī)的排量?jī)H與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，兩者成反比。如果把壓縮機(jī)的排量選擇增大，使所需的轉(zhuǎn)速較低，那么壓縮機(jī)將始終在超過(guò)所需轉(zhuǎn)速上工作，其結(jié)果是蒸發(fā)溫度經(jīng)常降低到0℃以下，使防霜開(kāi)關(guān)頻繁進(jìn)行工作，這樣容易損壞機(jī)件。如果排量選小了，使所需的額定轉(zhuǎn)速太高，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，制冷量嚴(yán)重不足，而且在車速很高時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速將超過(guò)極限，容易損壞壓縮機(jī)[2]。

2.2 冷凝器的選擇

冷凝器設(shè)計(jì)合理是提高空調(diào)制冷能效比的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。有試驗(yàn)表明：在相同的迎風(fēng)面積下，平行流結(jié)構(gòu)比管帶式的換熱能力提高了38%，制冷劑側(cè)流動(dòng)阻力降低了70%，質(zhì)量減輕了30%。平行流冷凝器具有空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的壓力損失小、換熱系數(shù)高、所占空間小、質(zhì)量輕且制冷劑充注量少、冷凝溫度和壓力相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得其焊縫長(zhǎng)、焊接點(diǎn)多，在大客車上使用的大尺寸芯體可靠性及耐沖擊性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證[3]。

2.3 蒸發(fā)器的選擇

蒸發(fā)器作為空調(diào)系統(tǒng)中直接產(chǎn)生冷量的部件，決定著空調(diào)的實(shí)際制冷效果。蒸發(fā)器的任務(wù)是將膨脹閥降壓后的低溫、低壓液態(tài)制冷劑氣化，吸收車內(nèi)空氣的熱量并凝結(jié)成水蒸氣，空氣通過(guò)蒸發(fā)器時(shí)，熱量被蒸發(fā)器中的制冷劑帶走，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的降溫或除濕。作為換熱器，銅管鋁片式蒸發(fā)器的制作和銅管鋁片式冷凝器基本相同，其差別是蒸發(fā)器的翅片表面采用親水處理。經(jīng)過(guò)親水處理的翅片能使水蒸氣凝結(jié)時(shí)形成極薄的水膜，避免因形成水珠增加風(fēng)阻，從而提高換熱能力及壽命。

3 模糊控制在空調(diào)控制器中的應(yīng)用

為了使汽車空調(diào)系統(tǒng)能正常工作，維持車室內(nèi)所需的舒適性條件，汽車空調(diào)系統(tǒng)中需要有一系列控制元件和調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，雖然不懂被控對(duì)象或被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，卻能憑借經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的決策，很好的完成控制過(guò)程。這里人的經(jīng)驗(yàn)可以用一系列具有模糊性的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，這就是模糊條件語(yǔ)句。再用模糊推理對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輸入狀態(tài)觀測(cè)量進(jìn)行處理，則可產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策，這就是模糊控制[4]。所以模糊化在智能控制中越來(lái)越引起人們的關(guān)注。

4 中型客車空調(diào)系統(tǒng)的噪聲分析

按照聲源不同，噪聲可以分為機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力性噪聲和電磁性噪聲。機(jī)械噪聲主要是由于固體震動(dòng)而產(chǎn)生的，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于機(jī)械撞擊、摩擦、交變的機(jī)械應(yīng)力以及運(yùn)轉(zhuǎn)中因動(dòng)力不平均等原因，使機(jī)械的金屬板、齒輪與軸承等發(fā)生震動(dòng)，從而產(chǎn)生機(jī)械噪聲。空調(diào)系統(tǒng)按照聲源的不同，系統(tǒng)噪聲可分為氣體噪聲、固體噪聲以及液體噪聲，從整車結(jié)構(gòu)上將空調(diào)系統(tǒng)噪聲分為前艙噪聲和室內(nèi)噪聲2種。

4.1 空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲

空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲主要由壓縮機(jī)噪聲、冷卻模塊與管路震動(dòng)噪聲以及冷媒流動(dòng)噪聲幾個(gè)部分組成。而對(duì)空調(diào)出現(xiàn)的噪音影響最大部分為：壓縮機(jī)單件、空調(diào)系統(tǒng)匹配、壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配[5]。

4.2 空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)噪聲

由于客車室內(nèi)空間是一個(gè)密閉的空間，室內(nèi)的噪音來(lái)源不僅有來(lái)自室外及客車機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的，還有自己內(nèi)部的噪聲，例如：鼓風(fēng)機(jī)單體噪聲、內(nèi)部風(fēng)道、風(fēng)門(mén)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪音。

5 降低客車空調(diào)系統(tǒng)的噪聲

為降低中型客車空調(diào)系統(tǒng)的噪聲，除了在低壓管上增加膠管和消聲器外，在高低壓管冷凝器固定點(diǎn)處增加橡膠減振墊。由于蒸發(fā)器氣流不均勻，出現(xiàn)有些區(qū)域風(fēng)速大，有些區(qū)域風(fēng)速小，甚至有些區(qū)域沒(méi)有風(fēng)流過(guò)。這會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器部分區(qū)域得不到有效利用，蒸發(fā)器換熱效果差和易結(jié)霜，同時(shí)容易造成局部風(fēng)速過(guò)大、風(fēng)量不均勻引起壓迫噪聲，與設(shè)計(jì)目標(biāo)不符。為了使蒸發(fā)器迎風(fēng)面壓力梯度小，且氣流最大限度流過(guò)蒸發(fā)器，需要對(duì)殼體進(jìn)行修改，把蒸發(fā)器一側(cè)殼體型線修改成階梯狀，這樣會(huì)使氣流順著階梯逐步流向蒸發(fā)器迎風(fēng)面。氣流均勻分布在蒸發(fā)器流場(chǎng)上，提高蒸發(fā)器換熱效率，減少風(fēng)道局部壓力過(guò)高，從而降低風(fēng)道噪聲[6]。