周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車有限公司，浙江 寧波 315800）

關(guān)于某出口海外車型空調(diào)系統(tǒng)性能的提升與分析

周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車有限公司，浙江 寧波 315800）

詳細(xì)介紹國內(nèi)某車輛空調(diào)系統(tǒng)制冷效果差的原因，通過改善與優(yōu)化壓縮機(jī)傳動比、增加逆流式冷凝器、優(yōu)化空調(diào)管路結(jié)構(gòu)、減少機(jī)艙內(nèi)部熱回流效性，有效提升整車空調(diào)性能水平達(dá)28 %左右，同時(shí)提高了該車型在海外市場的競爭力，銷量節(jié)節(jié)攀升。

小輪徑壓縮機(jī)；逆流式冷凝器；同軸管路；導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)

隨著目前我國自主品牌車輛快速發(fā)展，許多自主品牌汽車已擺脫國內(nèi)市場的限制，積極到海外市場進(jìn)行拓展。熱帶尤其是海灣地區(qū)環(huán)境與國內(nèi)差距巨大，若國內(nèi)車輛空調(diào)系統(tǒng)不做提升直接應(yīng)用于海灣熱帶地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)制冷效果將大大下降。而目前大多出口海灣地區(qū)車輛，均與國內(nèi)車輛為同一平臺，未進(jìn)行新車型開發(fā)，因而空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在局限型，無法進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)整體重新匹配開發(fā)。因此，如何在保證空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)有構(gòu)架基礎(chǔ)上，對空調(diào)系統(tǒng)零部件優(yōu)化提升，以滿足海灣地區(qū)空調(diào)制冷性能，成了各大汽車廠商共同研究的課題。本文就從各個(gè)方面綜合闡述，對現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化提升。

1 空調(diào)制冷效果差原因分析

沙特、阿曼、巴林等海灣地區(qū)國家，處于北回歸線高壓帶，屬于熱帶、亞熱帶沙漠氣候。一年有8個(gè)月時(shí)間平均氣溫在40 ℃以上，特別是在沙漠地帶，正午時(shí)分氣溫可能高達(dá)60 ℃。某車型的空調(diào)制冷系統(tǒng)是基于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的，前期設(shè)計(jì)只是初步包含海灣地區(qū)的高溫工作環(huán)境，以致在空調(diào)系統(tǒng)的制冷量選擇偏小，導(dǎo)致車內(nèi)的溫度高于空調(diào)所設(shè)定的溫度。國內(nèi)某車型分別按照海灣工況與國內(nèi)工況進(jìn)行環(huán)模試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)見表1，由數(shù)據(jù)可以看出，同樣的空調(diào)系統(tǒng)，在海灣工況下比國內(nèi)工況下空調(diào)制冷性能要高50 %以上。因此要提升海外空調(diào)性能，需要對整車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，相關(guān)零部件做改進(jìn)，制冷量提升，包括壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、冷凝器結(jié)構(gòu)、機(jī)艙內(nèi)部熱平衡性能等［1］，都需要做一些優(yōu)化。

表1 海灣與國內(nèi)工況試驗(yàn)對比

2 制冷系統(tǒng)優(yōu)化

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)及管路與控制部件等組成?？照{(diào)制冷工作原理如圖1所示。

圖1中，1→2：壓縮機(jī)壓縮過程；2→3：冷凝器冷凝過程；3→4：膨脹閥減壓過程；4→1：蒸發(fā)器吸熱過程；由圖1可知4→1長度為空調(diào)制冷量。

圖1 空調(diào)制冷工作原理圖

2.1 壓縮機(jī)

空調(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件?？照{(diào)壓縮機(jī)的功能是借助外力（例如發(fā)動機(jī)動力）維持制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，吸入來自蒸發(fā)器的低溫、低壓的制冷劑蒸氣，壓縮制冷劑蒸氣使其溫度和壓力升高，并將制冷劑蒸氣送往冷凝器，在熱量吸收和釋放的過程中，就實(shí)現(xiàn)了熱交換。

方案內(nèi)容：減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑，提升同等轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)功率。壓縮機(jī)制冷量公式

圖2 壓縮機(jī)皮帶輪直徑與制冷量關(guān)系

式中：n——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；λ——壓縮機(jī)與發(fā)動機(jī)傳動比；q ——單位體積下制冷劑制冷量；V——壓縮機(jī)輸氣量。

由公式可知，壓縮機(jī)制冷量與傳動系數(shù)成正比，通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)傳動比，可在不改變排量基礎(chǔ)上對壓縮機(jī)制冷量有較大提升［2］。

圖2為某車型汽車壓縮機(jī)皮帶輪直徑與壓縮機(jī)制冷量關(guān)系圖。由圖可以看出，在保持其他工況不變的情況下，將壓縮機(jī)皮帶輪直徑由130 mm減少至110 mm，壓縮機(jī)整體制冷量可提升18 % 。

由于在車型開發(fā)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)排量、壓縮機(jī)與發(fā)動機(jī)布局均已確定，若通過更改壓縮機(jī)排量提升壓縮機(jī)功率，則壓縮機(jī)型號、壓縮機(jī)與發(fā)動機(jī)安裝布局、空調(diào)管路布局均需重新設(shè)計(jì)開發(fā)，工作量巨大，開發(fā)費(fèi)用高、周期較長。而采用減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑的方法，則只需對壓縮機(jī)皮帶輪型號進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)選取對應(yīng)的傳動皮帶型號，即可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)功率提升。

2.2 冷凝器

汽車?yán)淠魇菍膲嚎s機(jī)送出來的高壓、高溫的冷媒（氣態(tài)冷媒）冷卻并液化它。冷凝器通過車輛移動時(shí)的空氣流動及冷卻風(fēng)扇所產(chǎn)生的空氣流動，使冷媒從蒸發(fā)器所獲得的熱量釋放。冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖及局部放大圖如圖3所示。

改善方案：減少冷凝器扁管厚度，同時(shí)增加扁管數(shù)量，增大冷凝器熱交換面積，提升散熱效率［3］。冷凝器換熱面積公式

將N帶入則

式中： h——扁管厚度；d——扁管寬度；L——扁管長度；N——扁管數(shù)量； D ——扁管總厚度；k——扁管間距； S——散熱器面積。

由公式3可得出，當(dāng)扁管長度、扁管總厚度、扁管寬度不變情況下，減小扁管厚度，可有效提升散熱面積。圖4所示為某車型冷凝器扁管厚度由2 mm改為1 mm后換熱量對比圖，由圖4中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)冷凝器扁管厚度降低后，冷凝器換熱量提升約15 %。

圖3 冷凝器結(jié)構(gòu)及局部放大圖

圖4 冷凝器扁管厚度與換熱量關(guān)系圖

2.3 空調(diào)管

汽車空調(diào)的各部件分散在汽車的各個(gè)部位，由空調(diào)管路將這些部件總成連接起來，組成一套完整的汽車空調(diào)系統(tǒng)。汽車空調(diào)管路一般由鋁管、空調(diào)膠管及其他管路附件組成。其中，高壓管為壓縮機(jī)到膨脹閥之間的空調(diào)管路；低壓管為膨脹閥到壓縮機(jī)的空調(diào)管路［4］。

由于某車型早期的設(shè)計(jì)限制，致使冷媒在空調(diào)管路中運(yùn)行時(shí)受機(jī)艙高溫影響熱損失較為嚴(yán)重，尤其在海灣地區(qū)，環(huán)境溫度過高，發(fā)動機(jī)機(jī)艙某區(qū)域溫度將超過100 ℃，導(dǎo)致冷媒冷卻后的溫度回升過快，直接影響了制冷效果。如圖5所示。

圖5 空調(diào)管熱量損失示意圖

將現(xiàn)有空調(diào)管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化為同軸管路結(jié)構(gòu)，增加空調(diào)高低壓管換熱量，降低熱量損失。同軸管結(jié)構(gòu)如圖6所示。將高低壓管結(jié)合為一根管路（同軸），通過高低壓管在工作過程中自身的物理特性（蒸發(fā)器進(jìn)出口處溫度差大）相互傳遞能量，起到節(jié)能、提高制冷性能的作用。

圖6 空調(diào)同軸管結(jié)構(gòu)原理圖2.4 導(dǎo)風(fēng)板

2.4 導(dǎo)風(fēng)板

怠速工況下，冷凝器前端存在兩股較大回流，由于回流導(dǎo)致溫度較高（一般超過80 ℃），影響了散熱器的散熱效果。為了提升空調(diào)冷凝器的散熱效果，同時(shí)減少機(jī)艙內(nèi)部空氣的熱回流，對現(xiàn)生產(chǎn)車型的機(jī)艙前部增加左右2塊導(dǎo)風(fēng)板。如圖7所示。

在相同功耗情況下，冷凝器比之前的散熱效果提升18 %，同時(shí)避免了熱流竄動對散熱器的影響［5］。增加導(dǎo)風(fēng)板前后的散熱提升效果如圖8所示，增加導(dǎo)風(fēng)板前后環(huán)模試驗(yàn)的機(jī)艙內(nèi)熱回流成像圖如圖9所示。通過數(shù)據(jù)對比可以看出，隨著風(fēng)流速的增大，增加導(dǎo)風(fēng)板的散熱效果有顯著提升。

圖7 導(dǎo)風(fēng)板位置

圖8 導(dǎo)風(fēng)板散熱提升效果

圖9 機(jī)艙內(nèi)熱回流成像圖

3 結(jié)語

針對各影響點(diǎn)進(jìn)行理論計(jì)算及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對壓縮機(jī)、冷凝器、空調(diào)管路、導(dǎo)風(fēng)板等進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。通過減小壓縮機(jī)皮帶輪直徑來增加壓縮機(jī)單位時(shí)間制冷量，增大冷凝器熱交換面積來增加換熱量，使用同軸管來減少低溫?fù)p失，使用導(dǎo)風(fēng)板來避免熱流竄動等方案進(jìn)行提升優(yōu)化［6］。表5為此次改進(jìn)前后的效果提升數(shù)據(jù)對比，根據(jù)對樣件裝車的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，測試結(jié)果達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿足在海灣地區(qū)市場需求，大大提高整車空調(diào)性能水平。最終通過以上這些方案驗(yàn)證和實(shí)施，車輛空調(diào)制冷效果明顯提升，該車型得到市場的認(rèn)可，在海灣國家銷量節(jié)節(jié)攀升。

表5 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

［1］QC/T 657-2000，汽車空調(diào)制冷裝置試驗(yàn)方法［S］.

［2］Q/JLY J7110418 A-2011，汽車空調(diào)管路總成技術(shù)條件［S］.

［3］王若平.汽車空調(diào)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［4］孫任云，付百學(xué).汽車電器與電子技術(shù)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］丁國良，張春路.制冷空調(diào)裝置仿真與優(yōu)化［M］. 北京：科學(xué)出版社，2001.

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

（編輯 凌 波）

The Performance Analysis and Improving of Air-Conditioning System on An Export Vehicle Model

ZHOU Si-lin， HE Lin-jun， YU He-long， SHENG Wei-qi
（Zhejiang Geely Automobile Co.， Ltd.， Ningbo 315800， China）

The paper describes how to improve the performance of air-conditioning system on a domestic-produced vehicle. Through improving compressor gear ratio， increasing counter-current condensers， optimizing tube structure and reducing the hot reflux in the engine room， the A/C performance is raised up to 28 %， which strengthen the competitiveness of this car in foreign market and boots the sale.

small compressor wheel diameter; counter-current condenser; coaxial piping; wind deflector

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0075-03

2016-10-08；2017-04-17

周思林（1984-），男，工程師，主要從事新能源汽車電氣開發(fā)、設(shè)計(jì)工作。