孫強，曹皇親，呂慧

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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車用空調(diào)壓縮機選擇與速比匹配

孫強，曹皇親，呂慧

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：減少汽車的空調(diào)功率消耗對于氣候控制工程師來說是他們面臨的關鍵性挑戰(zhàn)之一。研究的主要目的是針對某平臺商用車型更換發(fā)動機后，在不降低空調(diào)系統(tǒng)性能前提下，通過選擇合適的壓縮機速比降低壓縮機排量，從而達到減小壓縮機排量，降低成本的目的。

關鍵詞：壓縮機選擇；速比

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.012

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-32-04

1、冷負荷計算

1.1 制冷劑的選擇

現(xiàn)階段汽車空調(diào)系統(tǒng)使用R134a作為冷媒，因為R134a對大氣層的破壞相對較小、安全性好、無色、無味、不燃燒、不爆炸、基本無毒性、化學性質(zhì)穩(wěn)定，是一種理想的制冷劑，表1是R134a的一些基本性質(zhì)。

表1　R134a的性質(zhì)

1.2 設計目標

通常以常用車速作為設計標準，結(jié)合表2、查濕-焓圖列出以下條件。

表2　中國、美國、日本室內(nèi)空氣計算參數(shù)值對比

根據(jù)以上條件列出技術(shù)指標，見表3。

表3　技術(shù)指標

1.3 制冷分析圖

根據(jù)以上技術(shù)指標繪制下圖1。

圖1

①→② 壓縮機中 蒸發(fā)器吸熱量：Δie = i2 - i1 =29.6kcal/kg

①→② 冷凝器中 凈壓縮功：Δis = i4 – i3 =10.1kcal/kg

① →② 膨脹閥中 冷凝器放熱量：Δic = i4 - i1 =43.3kcal/kg

①→② 蒸發(fā)器中 管路熱量損失：Δie = i3 –i2=2.96kcal/kg

1.4 制冷能力計算

① 制冷量的計算

根據(jù)以下經(jīng)驗公式，可得：

Q = 1.5H

Q：制冷量（kcal/h）

H：熱負荷（kcal/h）

② 熱負荷的計算

其中 H = Hh+ HA+ HT+ HI+ HF

Hh：人體負荷（kcal/h）

Ha：新風及漏風負荷（kcal/h）

Ht：溫差負荷（kcal/h）

HI：日射負荷（kcal/h）

HF：電器熱負荷（kcal/h）

（1）人體負荷Hh

Hh= 100 ′ n

n： 乘員數(shù)量

100：人體每小時散熱量（kcal/h）

商用車設計乘員數(shù)為3，即n = 3，代入上式得

Hh= 300（kcal/h）

（2）新風及漏風負荷Ha

HA= （1/Va）′ Vas′ Δi

Va：新風比體積（m3/kg）

Vas：新風及漏風風量（ m3/h）

Δi：內(nèi)外空氣比焓差（kcal/kg）

Va取0.9 m3/kg；根據(jù)表確定新風量取30 m3/（h.人），根據(jù)經(jīng)驗值泄漏風量取10m3/h，Vas=90+10=100 m3/h，根據(jù)車內(nèi)外空氣溫度查焓-濕圖可得出焓差Δi= 10.2kcal/h， 將以上參數(shù)代入上式得：HA=1133.3（kcal/h）

（3）車輛負荷（溫差負荷Ht+ 日射負荷HI）

溫差負荷Ht：Ht= K ′ A ′ Δt

K：熱傳導率（kcal/m2hoC）

A：車內(nèi)表面積（m2）（不包括玻璃面積）

Δt：車內(nèi)外空氣溫差（oC）

K取經(jīng)驗值2.24 kcal/m2hoC，車內(nèi)表面積測量得10.11 m2，以寬車身1999、一排半為例，根據(jù)顧客輸入Δt = 43oC -18oC = 25oC，代入上式得：

Ht= 566.2（kcal/h）

b.日射負荷 HI：

HI= Ig′ Ka′ Ag

Ig：日射熱量（kcal/m2h）

Ka：熱量取得率

Ag：玻璃投影面積（m2）

根據(jù)顧Ig= 860（ kcal/m2h），查4表可得Ka= 88.5%，經(jīng)測量得：Ag= 0.92（ m2），代入上式得： HI= 700.2（kcal/h）

表4?。醾鲗?6.629kcal/ m2h）

（4）電器熱負荷HF

HF= CL1′860 ′ Kw

Kw：車內(nèi)電器功率（kw）

CL1：發(fā)熱系數(shù)0.6～0.75

860：1kw = 860kcal/h

這里初選Kw=400 ′ 10-3kw，CL1＝0.6得： HF= 206.4 （kcal/h）

綜上所述求得Q = 1.5 ′ （300 + 1133.3 + 566.2 + 700.2 + 206.4）

= 1.5 ′ 2906.06

=4359（kcal/h）

2、壓縮機選擇

2.1 首先求出理論冷媒循環(huán)量

Q = Gth′Δie

Gth= Q /Δie

Q：制冷量（kcal/h）

Gth：理論冷媒循環(huán)量（kg/h）

Δie：蒸發(fā)器吸熱量（kcal/kg）

前面已經(jīng)求得Q = 4359（kcal/h，Δie = 29.6 kcal/kg，代入上式得：

Gth= 147.26（kg/h)

2.2 然后求出理論的排量

Gth=（Vs / V1）′（Nc′Nv′60′10-4）

Vs= GthV1/（Nc′Nv′60′10-6）

Vs：壓縮機容量（cm3/r）

Nc：壓縮機轉(zhuǎn)速（rpm）

Nv：壓縮機容積效率

V1：壓縮機入口氣體比體積（m3/kg）

已知Gth= 147.26kg/h、V1= 0.062m3/kg、Nc =1800rpm、Nv取0.65.

Vs=130（cm3/r）

2.3 選擇的排量

實際選用壓縮機應大于130（cm3/r），根據(jù)經(jīng)驗值，貨車空調(diào)，車室空間有限，壓縮機結(jié)構(gòu)形式以搖盤式和斜盤式為主，一般推薦排量（120~150）（cm3/r）。某參考車選用排量為150（cm3/r）斜盤式壓縮機，整車經(jīng)環(huán)境模擬試驗檢測。性能較好。

圖2　車型C駕駛室降溫曲線

3、壓縮機速比選擇

車型C更換發(fā)動機后車型N，據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速特點，在不降低性能前提下，調(diào)整發(fā)動機與壓縮機速比，降低壓縮機排量，降低成本。

表5　典型工況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速

3.1 降低壓縮機排量

壓縮機排量由150（cm3/r）減小為138（cm3/r）。

表6　發(fā)動機與壓縮機參數(shù)

表7　壓縮機每分鐘理論排量（cm3/r）對比

圖3　壓縮機每分鐘理論排量對比圖

通過對比：車型N在40（km/h）工況下的壓縮機排量比車型N要差，通過調(diào)整壓縮機離合器皮帶輪直徑由132mm縮小為127mm，進一步優(yōu)化性能。

3.2 調(diào)整發(fā)動機與壓縮機傳動速比

表8　發(fā)動機與壓縮機參數(shù)

表9　壓縮機理論排量（cm3/r）對比

圖4　壓縮機每分鐘理論排量對比圖

根據(jù)對比，在調(diào)整速比后，車型N在各典型工況下的壓縮機排量與車型C基本相當。

3.3 試驗驗證

據(jù)調(diào)整后的壓縮機速比，在更換發(fā)動機后進行環(huán)境模擬試驗驗證。

境模擬試驗：

- 試驗室溫度: 43℃

- 試驗室濕度: 40%RH

- 日照量: 1,000 W/㎡·h

- 試驗開始: 車內(nèi)平均溫度達到 60℃

- 送風模式: 面部

- 進風模式: 內(nèi)循環(huán)

- 冷熱工況: 全冷

- 鼓風機轉(zhuǎn)速: 最大

- 車內(nèi)人員：1人

圖5　試驗工況

圖6　試驗圖片

試驗后的結(jié)構(gòu)與車型C從駕駛室平均溫度，腳部平均溫度，足部平均溫度降溫曲線對比：

圖7　駕駛室降溫曲線對比

圖8　足部降溫曲線

圖9　頭部降溫曲線

從以上曲線看出：

在縮小壓縮機排量，并調(diào)整速比后空調(diào)系統(tǒng)制冷性能在降溫速、降溫幅度方面與車型C基本相當。說明通過調(diào)整速比后小排量壓縮機選擇是滿足要求的。

4、總結(jié)

通過以上計算、對比、試驗驗證，我們得出，在商用車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)過程中根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速特點，選擇合適的發(fā)動機與壓縮機轉(zhuǎn)速比，是保證空調(diào)系統(tǒng)性能，降低成本的一個重要方法。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-32-04

作者簡介：孫強，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

Automotive air conditioning compressor selection and match ratio

Sun Qiang, Cao Huangqin, Lv Hui
( Anhui Jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:It is one of the most pivotal challenge to reduce the depletion of vehicle air conditioning power for the climate control engineer. This paper mainly provides a way to reduce compressor delivery capacity of commercial vehicle by choosing the appropriate ratio of speed. Simultaneously, the air conditioning system’s capacity isn’t be reduced after the engineer changed.

Keywords:Compressor matching; ratio of speed