汽車空調(diào)油耗試驗(yàn)分析及研究

匡累，龍會(huì)游，李康勇，何耀鋒

汽車空調(diào)油耗試驗(yàn)分析及研究

匡累，龍會(huì)游，李康勇，何耀鋒

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車空調(diào)作為整車內(nèi)部主要耗能附件，對(duì)用戶實(shí)際使用油耗的影響巨大，有著很大的節(jié)能潛力。文章基于WLTC循環(huán)，采用不同試驗(yàn)方案，對(duì)多輛輕型車進(jìn)行空調(diào)油耗，考察國(guó)內(nèi)多款主流車型的空調(diào)油耗水平及空調(diào)制冷效果，驗(yàn)證壓縮機(jī)排量和車輛前端密封導(dǎo)流對(duì)空調(diào)油耗的影響。結(jié)果表明：1）空調(diào)能耗占比較大，不容忽視，不同車輛的空調(diào)能耗占比總體分布在22%左右。2）多數(shù)車輛無(wú)法達(dá)到10min時(shí)頭部平均溫度達(dá)到23℃的要求，無(wú)法獲得節(jié)能效果值。3）適當(dāng)降低壓縮機(jī)排量和增加車輛前端密封導(dǎo)流都具有一定的節(jié)油效果。

汽車空調(diào)油耗；密封導(dǎo)流；壓縮機(jī)；節(jié)能

前言

作為整車內(nèi)部主要耗能附件，汽車空調(diào)對(duì)用戶實(shí)際使用油耗的影響巨大，有著很大的節(jié)能潛力，降低汽車空調(diào)能耗是當(dāng)前重要的節(jié)能方向[1-4]。在《乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評(píng)價(jià)方法第3部分汽車空調(diào)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿和《GB/T 19233-2020 輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》中[5-6]，都提出了開(kāi)啟空調(diào)制冷狀態(tài)下汽車燃料消耗量的試驗(yàn)方法，相較于原有的常規(guī)油耗測(cè)試，方法更改了測(cè)試循環(huán)，提高了試驗(yàn)的環(huán)境溫度，并增加陽(yáng)光模擬，著力還原用戶的實(shí)際用車油耗。

本文基于WLTC循環(huán)，采用不同試驗(yàn)方案，對(duì)多輛輕型車進(jìn)行空調(diào)油耗試驗(yàn)，考察不同方案下的車輛空調(diào)油耗水平及空調(diào)制冷效果，驗(yàn)證壓縮機(jī)排量和車輛前段密封導(dǎo)流對(duì)空調(diào)油耗的影響，分析研究國(guó)內(nèi)目前主流車型的車輛空調(diào)油耗水平及空調(diào)制冷效果的總體情況。

1 試驗(yàn)驗(yàn)證

1.1 試驗(yàn)樣車

試驗(yàn)采用10臺(tái)國(guó)內(nèi)主流車型，涵蓋自主品牌和合資車型，SUV和轎車，自動(dòng)空調(diào)和手動(dòng)空調(diào)，整備質(zhì)量從1400kg到2100kg。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)過(guò)程中，空調(diào)設(shè)置試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 空調(diào)設(shè)置方案

其余試驗(yàn)條件參考GB/T 19233-2020附錄B，要求如下：

1）環(huán)境溫度（30±2）℃，環(huán)境相對(duì)濕度（50±5）%。

2）空調(diào)設(shè)置為內(nèi)循環(huán)、吹面模式，對(duì)于具有中排、后排出風(fēng)口的車輛，關(guān)閉中排和后排出風(fēng)口及控制開(kāi)關(guān)。

3）車輛關(guān)閉啟停功能，使用NORMAL模式進(jìn)行試驗(yàn)。

4）車輛浸車和開(kāi)啟空調(diào)條件下燃料消耗量試驗(yàn)過(guò)程中太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為850±45W/m2，其他試驗(yàn)過(guò)程無(wú)太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度以車頂最高點(diǎn)平面位置為基準(zhǔn)設(shè)定。

5）頭部平均溫度試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 頭部平均溫度測(cè)量點(diǎn)位置

1.3 試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)采用WLTC工況試驗(yàn)曲線。按照GB18352-2016中附件CA所述的全球輕型車統(tǒng)一測(cè)試循環(huán)(WLTC)進(jìn)行測(cè)試。

1.4 試驗(yàn)步驟

按照《GB/T 19233-2020 輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》附錄B：開(kāi)啟空調(diào)制冷狀態(tài)下燃料消耗量試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

其中：

1）環(huán)境溫度和車內(nèi)空調(diào)設(shè)置按表2進(jìn)行設(shè)置。

2）暫不考慮10min時(shí)車內(nèi)頭部平均溫度的有效性判定。

3）計(jì)算空調(diào)燃料消耗量占比

式中：

η為空調(diào)燃料消耗量占比，單位%；

FCAC為空調(diào)燃料消耗量，單位L/100km；

FCON、FCOFF分別為車輛開(kāi)啟/關(guān)閉空調(diào)條件下的燃料消耗量，單位L/100km；

2 不同試驗(yàn)方案下的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

選取同為A級(jí)車的樣車1和樣車2，每臺(tái)樣車均進(jìn)行3種方案的試驗(yàn)。

2.1 空調(diào)油耗結(jié)果對(duì)比

采用三種不同的試驗(yàn)方案對(duì)樣車1和樣車2進(jìn)行試驗(yàn)。不同試驗(yàn)方案下的空調(diào)油耗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同試驗(yàn)方案下的空調(diào)油耗結(jié)果對(duì)比

1）空調(diào)制冷能耗占比較大，不容忽視。即使是環(huán)境溫度只有30℃，并且空調(diào)設(shè)置溫度只有25℃，其空調(diào)油耗占比也分別達(dá)到了11.5%和9.4%。

2）當(dāng)環(huán)境溫度為30℃時(shí)。對(duì)于樣車1，空調(diào)設(shè)置為22℃或LOW，其空調(diào)油耗占比大致相當(dāng)，在22%左右。

3）隨著試驗(yàn)條件的不斷加嚴(yán)，其空調(diào)油耗的占比也不斷增加，最大占比達(dá)到了24.3%。

2.2 制冷效果對(duì)比

通過(guò)對(duì)比頭部平均溫度來(lái)簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)車輛制冷效果，其中頭部平均溫度試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。

圖3 不同試驗(yàn)方案下的頭部平均溫度

1）當(dāng)空調(diào)設(shè)置為方案二AUTO 22和方案三AUTO 25時(shí)，30min時(shí)頭部平均溫度都趨于設(shè)定的22℃和25℃。

2）當(dāng)空調(diào)設(shè)置為方案一AUTO LOW時(shí)，2臺(tái)樣車出現(xiàn)差異，對(duì)樣車1，30min時(shí)趨于22℃，而樣車2則趨于16℃。

3）對(duì)于樣車1和樣車2，三種方案下的頭部平均溫度，15min時(shí)基本能達(dá)到25℃，30min時(shí)基本能達(dá)到22℃。

4）樣車2的制冷效果明顯優(yōu)于樣車1。10min時(shí)頭部溫度，樣車2能達(dá)到26℃左右，雖未達(dá)到GB/T 19233-2020的23℃要求，但也基本達(dá)到了人體較為舒適的溫度。但樣車1只有30℃左右，性能較差，容易引起客戶抱怨。

2.3 小結(jié)

1）空調(diào)能耗占比較大，不容忽視。

2）對(duì)于樣車1和樣車2，4種方案下的頭部平均溫度，15min時(shí)基本能達(dá)到25℃，30min時(shí)基本能達(dá)到22℃。

3）由于空調(diào)性能的差異性，在10min和30min時(shí)的頭部平均溫度，相差較大。10min時(shí)的溫度最低能到24℃，而最高能到30℃。而30min時(shí)溫度，最高22℃，最低16℃。

3 壓縮機(jī)排量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

由于空調(diào)系統(tǒng)主要耗能在壓縮機(jī)上，變排量壓縮機(jī)能顯著改善空調(diào)耗能。為驗(yàn)證減小壓縮機(jī)排量對(duì)空調(diào)油耗的影響，將樣車5的壓縮機(jī)排量由160CC，變更為140CC，得樣車6。按照試驗(yàn)方案一AUTO LOW，分別進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，適當(dāng)降低壓縮機(jī)排量具有明顯節(jié)油效果，并且在一定程度上不影響車內(nèi)空調(diào)制冷效果。

如圖4所示，將降壓縮機(jī)排量由160CC降為140CC之后，空調(diào)油耗占比下降了3.3%，具有明顯的節(jié)油效果。對(duì)于制冷效果，變更前后，兩臺(tái)樣車頭部平均溫度相近，只在前10min之內(nèi)有細(xì)微的差別。

4 前端密封導(dǎo)流對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

當(dāng)車輛固化之后，對(duì)壓縮機(jī)、同軸管、電子風(fēng)扇的更改已變得較為困難，此時(shí)對(duì)車輛前端進(jìn)行密封導(dǎo)流處理即變成了簡(jiǎn)單可行的辦法。

圖5 增加前端密封導(dǎo)流后試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

當(dāng)車輛正常車速行駛時(shí)，冷凝器前端進(jìn)風(fēng)壓力大于散熱器后方空氣壓力，冷凝器前的空氣主要來(lái)自于進(jìn)氣格柵，此時(shí)冷凝器前端空氣溫度與環(huán)境溫度相當(dāng)。

當(dāng)車輛低速或怠速行駛時(shí)，由于散熱器冷卻風(fēng)扇的抽吸，散熱器后空氣壓力要高于冷凝器前空氣壓力，若散熱器與冷凝器之間無(wú)密封導(dǎo)流措施，容易導(dǎo)致散熱器后方熱空氣從四周回流至冷凝器前，導(dǎo)致空調(diào)冷卻性能變差，油耗上升。

為了驗(yàn)證密封導(dǎo)流的改善效果，對(duì)汽車空調(diào)冷凝器前端不采取密封措施和采用海綿密封方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。其中樣車3為初始無(wú)密封導(dǎo)流狀態(tài)，樣車4為增加密封導(dǎo)流之后。

結(jié)果表明，增加前端密封導(dǎo)流后，對(duì)空調(diào)油耗有一定的改善，同時(shí)不影響制冷效果。

如圖5所示：

1）增加前端密封導(dǎo)流后，空調(diào)油耗占比減小1.1%，具有一定的節(jié)油效果。

2）頭部平均溫度和出風(fēng)口溫度無(wú)明顯差異，制冷效果未受影響。

3）增加密封導(dǎo)流后，電子風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)功率大致相當(dāng)，略微增大。表明增加密封導(dǎo)流后，有效降低了壓縮機(jī)的負(fù)荷和功率。

5 車輛空調(diào)油耗占比及頭部平均溫度總體情況

為總體評(píng)估不同車輛的空調(diào)能耗情況，對(duì)10臺(tái)樣車分別按方案一AUTO LOW進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 車輛空調(diào)油耗占比及頭部平均溫度總體情況

1）不同車輛的空調(diào)能耗呈現(xiàn)差異化，空調(diào)油耗占比在17.7%到27.4%之間，總體分布還是在22%左右。其中SUV為21.0%，轎車為23.7%。

2）10臺(tái)樣車的10min時(shí)頭部平均溫度只有25.8℃。除了樣車8之外，其余樣車的溫度均不滿足GB/T 19233-2020的23℃要求，無(wú)法獲得節(jié)能效果值。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)10臺(tái)樣車，用3種不同試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：

1）空調(diào)制冷能耗占比較大，不容忽視，不同車輛的空調(diào)能耗占比總體分布在22%左右。

2）適當(dāng)降低壓縮機(jī)排量具有明顯節(jié)油效果，并且在一定程度上不影響車內(nèi)空調(diào)制冷效果。

3）通過(guò)增加車輛前端密封導(dǎo)流，避免散熱器后熱空氣回流至冷凝器前，在不影響制冷效果的同時(shí)，對(duì)空調(diào)能耗有一定降低。

4）目前國(guó)內(nèi)的主流車型，多數(shù)無(wú)法達(dá)到10min時(shí)頭部平均溫度達(dá)到23℃的要求，無(wú)法獲得節(jié)能效果值。

[1] 張旭陽(yáng),胡志遠(yuǎn),韓維維,等.空調(diào)對(duì)輕型乘用車油耗影響的試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù),2020,(5):49-54.

[2] 郝亞,蘇志亮.節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)對(duì)整車油耗影響的對(duì)比研究[J].北京汽車,2018,(6):14-17.

[3] 劉智勇,喬印遷,金本山,等.開(kāi)啟空調(diào)狀態(tài)下燃料消耗量影響因子敏感度初步研究[C].2019中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.2019.

[4] 徐俊芳,牟連嵩,劉雙喜.整車空調(diào)系統(tǒng)能耗改善的試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2019,(18):77-78.

[5] GB/TXXXXX.3-XXXX乘用車循環(huán)外技木/裝置節(jié)能效果評(píng)價(jià)方法:第3部分汽車空調(diào)(征求意見(jiàn)稿)[S].

[6] GB/T 19233-2020輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法[S].

Test Analysis and Research on Fuel Consumption of Automobile Air Condition

Kuang Lei, Long Huiyou, Li Kangyong, He Yaofeng

( Guangzhou Automobile Group Co., LTD Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

As the main energy-consuming accessory inside the vehicle, automobile air conditioners have a huge impact on the actual fuel consumption of users and have great energy-saving potential. Based on the WLTC cycle, this paper uses different test schemes to conduct air-conditioning fuel consumption on multiple light-duty vehicles, investigates the air-conditioning fuel consumption level and air-conditioning refrigeration effect of a number of mainstream domestic models, and verifies the influence of compressor displacement and vehicle front-end seal diversion on air-conditioning fuel consumption.The results show that: 1) Air-conditioning energy consumption accounts for a relatively large amount, which cannot be ignored. The overall distribution of air-conditioning energy consumption for different vehicles is about 22%. 2) Most vehicles cannot reach the requirement that the average head temperature reaches 23°C for 10 minutes, and the energy saving effect value cannot be obtained. 3) Appropriately reducing the compressor displacement and increasing the front-end seal diversion of the vehicle have certain fuel-saving effects.

Automobile air conditioning fuel consumption;Sealed diversion;Compressor;Energy saving

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.029

U463

A

1671-7988(2021)07-87-04

U463

A

1671-7988(2021)07-87-04

匡累，碩士，就職于廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，研究方向：排放節(jié)能。