節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)對(duì)整車油耗影響的對(duì)比研究

郝 亞，蘇志亮 Hao Ya，Su Zhiliang

?

節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)對(duì)整車油耗影響的對(duì)比研究

郝 亞，蘇志亮 Hao Ya，Su Zhiliang

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

從節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的主要措施進(jìn)行油耗影響的對(duì)比。通過(guò)變排量壓縮機(jī)、帶油分變排量壓縮機(jī)及同軸管狀態(tài)與原狀態(tài)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的油耗對(duì)比，發(fā)現(xiàn)可以有效降低油耗，最高可達(dá)3.41%，取得了較好的節(jié)能效果。

節(jié)能空調(diào)；油耗；對(duì)比

0 概 述

根據(jù)我國(guó)節(jié)能降耗的要求，國(guó)家要求在2020年乘用車新車平均燃油消耗量降至5L/100km，乘用車第4階段提出可以使用循環(huán)外技術(shù)，作為《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》的配套標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)確定由中國(guó)汽車研究中心牽頭先期研究智能換擋、怠速起停、高效空調(diào)和制動(dòng)能量回收4項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。高效、節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)研發(fā)對(duì)降低燃油消耗及提升顧客價(jià)值具有非常重要的意義。

根據(jù)目前研究，構(gòu)建節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)的主要措施有：變排量壓縮機(jī)應(yīng)用、帶油分變排量壓縮機(jī)應(yīng)用及同軸管應(yīng)用。

1 節(jié)能分析

現(xiàn)在傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)均是使用定排量壓縮機(jī)安裝在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)上，其排氣量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而提高，不能隨著制冷的需求而自動(dòng)改變功率輸出，這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)在高速時(shí)會(huì)浪費(fèi)掉一部分功率，而在低負(fù)荷時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出更大的功率才能使得空調(diào)達(dá)到怠速和低負(fù)荷的制冷效果，這樣會(huì)增加一部分壓力損失，造成壓縮機(jī)功率消耗過(guò)大。

（1）變排量壓縮機(jī)：在制冷系統(tǒng)工作時(shí)，變排量壓縮機(jī)的電磁離合器一直處于吸合狀態(tài)，可根據(jù)制冷負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，在一定范圍內(nèi)連續(xù)平穩(wěn)地改變活塞排量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)。壓縮機(jī)的功率消耗下降，燃油消耗下降，如圖1所示。

圖1 可變排量壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）油分離器：壓縮機(jī)排出制冷劑氣體的同時(shí)，會(huì)將壓縮機(jī)潤(rùn)滑油（冷凍油，潤(rùn)滑壓縮機(jī)，附著在其他部位如冷凝器、蒸發(fā)器中）帶出，影響換熱效率，浪費(fèi)功耗。采用油分壓縮機(jī)可以減少冷凍油進(jìn)入其他部件的油量。其作用是將系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油主要控制在壓縮機(jī)內(nèi)，降低潤(rùn)滑油在散熱器表面的附著量，提升系統(tǒng)效率?；谛侍嵘?，在系統(tǒng)性能基本不變的條件下，通過(guò)降低壓縮機(jī)排量，達(dá)到進(jìn)一步降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的目的[1]。

（3）空調(diào)同軸管：汽車空調(diào)制冷管分為低壓管和高壓管，空調(diào)低壓管溫度低，但會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)艙加熱，而高壓管又急需散熱。同軸管可以有效利用低壓管傳遞高壓管的熱量，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)艙對(duì)低壓管加熱，將能耗降低，內(nèi)管中流動(dòng)的是5～10℃的低溫低壓制冷劑，外管中流動(dòng)的是70～80℃的高溫高壓制冷劑，高溫管熱量傳入低溫管，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)中所謂的二次換熱，減少能耗，提高空調(diào)制冷效率。如圖2所示。

圖2 同軸管安裝圖

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

依據(jù)試驗(yàn)時(shí)間、周期和研究的方向，將原車的定排量壓縮機(jī)替換為變排量壓縮機(jī)或者帶油分的變排量壓縮機(jī)，或者將空調(diào)管路用同軸管代替原來(lái)的高壓管和低壓管，空調(diào)管路系統(tǒng)中其他因素沒(méi)有變化。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1）試驗(yàn)樣車

對(duì)比試驗(yàn)的樣車信息見(jiàn)表1。

2）試驗(yàn)設(shè)備

對(duì)比試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備信息見(jiàn)表2。

3）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)比試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)信息見(jiàn)表3。

表1 樣車參數(shù)表

表2 試驗(yàn)設(shè)備表

表3 試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 試驗(yàn)方案

對(duì)比試驗(yàn)按照表4中4種方案進(jìn)行油耗測(cè)試。

表4 油耗對(duì)比測(cè)試

方案1：按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試現(xiàn)車型開(kāi)、關(guān)空調(diào)狀態(tài)下的油耗；

方案2：更換變排量壓縮機(jī)，測(cè)試開(kāi)、關(guān)空調(diào)狀態(tài)下的油耗；

方案3：更換帶油分變排量壓縮機(jī)，測(cè)試開(kāi)、關(guān)空調(diào)狀態(tài)下的油耗；

方案4：在方案3的基礎(chǔ)上增加同軸管，測(cè)試開(kāi)、關(guān)空調(diào)狀態(tài)下的油耗。

在試驗(yàn)中同時(shí)測(cè)量并記錄各呼吸點(diǎn)的溫度值。

2.3 試驗(yàn)步驟

在環(huán)境艙溫度30℃、濕度50%、光照強(qiáng)度（850±45）W/m2的條件下，按照NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲測(cè)試循環(huán)）工況進(jìn)行油耗測(cè)量[2-3]，具體試驗(yàn)步驟如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)步驟

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 樣車A的試驗(yàn)結(jié)果

樣車A呼吸點(diǎn)的平均溫度值見(jiàn)表5。

樣車A在各狀態(tài)下油耗值的對(duì)比見(jiàn)表6。

3.2 樣車B的試驗(yàn)結(jié)果

樣車B呼吸點(diǎn)的平均溫度值見(jiàn)表7。

樣車B在各狀態(tài)下油耗值的對(duì)比見(jiàn)表8。

℃

表5 呼吸點(diǎn)平均溫度值

注：（1）測(cè)量值為試驗(yàn)進(jìn)行10 min時(shí)，呼吸點(diǎn)平均溫度值。

（2）呼吸點(diǎn)平均溫度值為主、副駕各兩個(gè)共4個(gè)點(diǎn)的平均值。

表6 各狀態(tài)下油耗值對(duì)比

注：（1）自動(dòng)模式、溫度設(shè)定23℃狀態(tài)下測(cè)得的油耗值。

℃

表7 呼吸點(diǎn)平均溫度值

注：（1）測(cè)量值為試驗(yàn)進(jìn)行10min時(shí)，呼吸點(diǎn)平均溫度值。

（2）呼吸點(diǎn)平均溫度值為主、副駕各兩個(gè)共4個(gè)點(diǎn)的平均值。

表8 各狀態(tài)下油耗值對(duì)比

注：（1）自動(dòng)模式、溫度設(shè)定23℃狀態(tài)下測(cè)得的油耗值。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)幾種方案的油耗及溫度值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：

1）經(jīng)過(guò)多輪驗(yàn)證開(kāi)、關(guān)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)整車油耗的影響，其結(jié)果具有較好的一致性，具有一定參考價(jià)值；

2）從表6、表8開(kāi)、關(guān)空調(diào)油耗對(duì)比數(shù)據(jù)上看出，空調(diào)能耗占比最高為19.0%；采用節(jié)能空調(diào)很有必要，可有效降低能耗；

3）試驗(yàn)結(jié)果與理論分析有一定差異；從制冷效果考慮，安裝節(jié)能空調(diào)，需對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，重新匹配，包括制冷劑加注量、膨脹閥等的選擇，進(jìn)而使效果最優(yōu)，進(jìn)一步降低能耗。

[1]孫強(qiáng)，徐慶春，丁瑋. 空調(diào)壓縮機(jī)油分離技術(shù)的應(yīng)用[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2016（5）：68-69.

[2]輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）：GB/T 18352.3-2013 [S]．

[3]輕型汽車燃油消耗量試驗(yàn)方法：GB/T 19233-2008 [S]．

2018-08-08

1002-4581（2018）06-0014-04

U463.85+1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.06.005