張麗 成小紅

摘 ?要：汽車經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)形成了完善的體系，且隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步汽車的功能在不斷完善。汽車空調(diào)是現(xiàn)代汽車中重要的組成部分，做好汽車空調(diào)的研究對(duì)于汽車空調(diào)的應(yīng)用有著極為重要的意義。壓縮機(jī)是汽車空調(diào)的核心部件，通過(guò)研究其轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)的影響將有助于提高汽車空調(diào)的使用性能。文章通過(guò)對(duì)汽車空調(diào)制冷模式下壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)運(yùn)行參數(shù)的影響進(jìn)行分析，調(diào)整并優(yōu)化汽車空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào);壓縮機(jī);轉(zhuǎn)速;制冷性能

中圖分類號(hào)：U463.851 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0047-02

Abstract： After years of development， automobile has formed a perfect system， and with the development of technology and progress， the function of automobile is constantly improving. Automobile air conditioning is an important part of modern automobile. The research of automobile air conditioning is of great significance for the application of automobile air conditioning. Compressor is the core component of automobile air conditioner. The study of the influence of its rotational speed on automobile air conditioning will help to improve the performance of automobile air conditioning. This paper analyzes the influence of compressor speed on automobile air conditioning operation parameters under automobile air conditioning refrigeration mode， and adjusts and optimizes the speed of automobile air conditioning compressor.

Keywords： automobile air conditioning; compressor; rotational speed; refrigeration performance

前言

新能源車是現(xiàn)代汽車工業(yè)中重要的組成部分，隨著新能源車的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代能源體系造成了一定的沖擊。新能源車與傳統(tǒng)燃油車在系統(tǒng)構(gòu)成上存在一定的差異，應(yīng)用于傳統(tǒng)燃油車的汽車空調(diào)系統(tǒng)并不適用于現(xiàn)代新能源車輛，新能源車采用蓄電池供電其電力總量是一定的，如汽車空調(diào)系統(tǒng)能耗高將會(huì)對(duì)車輛的形式里程產(chǎn)生重要的影響。為提高汽車空調(diào)的性能使其具有良好的節(jié)能效果需要對(duì)汽車空調(diào)的熱泵系統(tǒng)進(jìn)行研究與優(yōu)化。

1 新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的組成

某型號(hào)的新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)采用多流程微縮通道熱交換器作為空調(diào)系統(tǒng)的熱交換通道。車內(nèi)蒸發(fā)器和車外冷凝器被布置在同一風(fēng)道內(nèi)。整套空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過(guò)采用電磁閥和單向閥來(lái)替代四通閥，從而實(shí)現(xiàn)了制冷、制熱、除濕、除霜功能的高效控制?？照{(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)工質(zhì)循環(huán)路徑為：壓縮機(jī)-車外冷凝器-電子膨脹閥-車內(nèi)蒸發(fā)器-氣液分離器-壓縮機(jī)?？照{(diào)系統(tǒng)制熱循環(huán)工質(zhì)循環(huán)路徑為：壓縮機(jī)-車內(nèi)冷凝器-電子膨脹閥-車外熱交換器-氣液分離器-壓縮機(jī)?？照{(diào)系統(tǒng)除濕循環(huán)工質(zhì)循環(huán)路徑為：壓縮機(jī)-車內(nèi)冷凝器-電子膨脹閥-車內(nèi)蒸發(fā)器-氣液分離器-壓縮機(jī)?？照{(diào)系統(tǒng)除霜循環(huán)工質(zhì)循環(huán)路徑：車外冷凝器結(jié)霜-切換制冷模式-循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入車外冷凝化霜-氣液分離器-壓縮機(jī)。

2 新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

對(duì)于新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)將采用焓差法對(duì)其性能進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)傳感器分布在新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)各處用以記錄新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)在不同工況條件下的運(yùn)行參數(shù)。新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)所記錄的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于兩個(gè)部分：空調(diào)側(cè)和環(huán)境側(cè)。新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)采集點(diǎn)分布在壓縮機(jī)進(jìn)出口、室外冷凝器進(jìn)口、過(guò)冷器出口、電子膨脹閥進(jìn)口、室內(nèi)蒸發(fā)器和室外冷凝器的進(jìn)出口等位置。布置于上述位置的傳感器將采集到的溫度、壓力信號(hào)傳輸至控制電腦中進(jìn)行記錄與分析。

新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)通過(guò)記錄汽車空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，記錄并分析壓縮機(jī)不同轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)運(yùn)行性能的影響。

3 汽車空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響

3.1 新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況分析

以空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)在5000r/min轉(zhuǎn)速下EXV不用開(kāi)度下空調(diào)系統(tǒng)的冷度、出風(fēng)溫度以及壓縮機(jī)功耗變化參數(shù)為例進(jìn)行分析。結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)所記錄的參數(shù)顯示，當(dāng)電子膨脹閥處于300-320步開(kāi)度時(shí)， 新能源車汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)處于無(wú)過(guò)冷度狀態(tài)，通過(guò)視液鏡觀測(cè)冷卻劑發(fā)現(xiàn)其存在諸多氣泡，制冷工質(zhì)經(jīng)過(guò)冷凝器和過(guò)冷器后仍處于氣液兩相狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)顯示經(jīng)過(guò)兩相節(jié)流后的工質(zhì)仍處于較高的溫度，蒸發(fā)器出口溫度也相對(duì)較高。當(dāng)電子膨脹閥處于280步開(kāi)度時(shí)，系統(tǒng)過(guò)冷度達(dá)到了7.2℃，通過(guò)視液鏡觀測(cè)冷卻劑發(fā)現(xiàn)其處于純液狀態(tài)，節(jié)流處于良好的狀態(tài)且蒸發(fā)器的出口溫度處于一個(gè)較低的狀態(tài)。而當(dāng)電子節(jié)流閥開(kāi)度進(jìn)一步降低處于270步時(shí)，汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量有所下降。通過(guò)上述數(shù)據(jù)表明，汽車空調(diào)系統(tǒng)處于無(wú)過(guò)冷度時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和制冷性能都無(wú)法達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，而當(dāng)系統(tǒng)具有一定的過(guò)冷度時(shí)汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量和COP性能較為良好，而當(dāng)系統(tǒng)的過(guò)冷度進(jìn)一步擴(kuò)大時(shí)，汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量和COP數(shù)值均會(huì)有所下降.整體來(lái)說(shuō)汽車空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)冷度需要處于一個(gè)良好的區(qū)間范圍內(nèi)，需要具有一定的過(guò)冷度，而過(guò)冷度不得過(guò)大。而對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步測(cè)試后的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)EXV開(kāi)度過(guò)小（空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速低于2000r/min，電子膨脹閥開(kāi)度處于120-100步時(shí)），空調(diào)的工質(zhì)循環(huán)流量較小過(guò)冷度過(guò)高，系統(tǒng)處于高能耗狀態(tài)，表現(xiàn)現(xiàn)象為空調(diào)蒸發(fā)器的第一個(gè)流程換熱器表面出現(xiàn)結(jié)霜，大量的制冷量被浪費(fèi)了，導(dǎo)致可用有效制冷量較低。當(dāng)汽車空調(diào)系統(tǒng)處于這一狀態(tài)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與性能均處于較低的水平。經(jīng)過(guò)多組對(duì)比數(shù)據(jù)表明，新能源汽車所使用的空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)冷度處于5-8℃的區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的性能與制冷量處于一個(gè)較高的水平。因此，在評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)的性能時(shí)可以將過(guò)冷度作為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。不同EXV開(kāi)度下冷凝器和蒸發(fā)溫度/壓力的變化如下圖1所示。

3.2 空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)空調(diào)冷凝、蒸發(fā)壓力的影響規(guī)律

結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)，空調(diào)壓縮機(jī)不同轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)下對(duì)應(yīng)的最佳運(yùn)行工況下的EXV開(kāi)度是有所差別的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，空調(diào)冷凝壓力將與空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速呈正比，而空調(diào)的蒸發(fā)壓力則與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速呈反比。在室內(nèi)外環(huán)境溫度差恒定時(shí)，空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的提高將使得空調(diào)內(nèi)循環(huán)工質(zhì)的流量和流速都增大，從而使得循環(huán)工質(zhì)的低壓進(jìn)一步降低、高壓進(jìn)一步升高，空調(diào)內(nèi)的壓比增大，進(jìn)而使得空調(diào)壓縮機(jī)功耗和制冷量都有著不同程度的增加，降低了空調(diào)的能耗比。

3.3 空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)空調(diào)電子膨脹閥最佳開(kāi)度和蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的影響

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)空調(diào)電子膨脹閥最佳開(kāi)度和蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速升高由實(shí)驗(yàn)處于2000r/min提升分別以1000r/min為間隔提升至7000r/min時(shí)，空調(diào)電子膨脹閥的最佳開(kāi)度分別為180、230、260、275、280、285步，上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與空調(diào)電子膨脹閥的最佳開(kāi)度是同步增加的，且這一增長(zhǎng)速率是在逐步降低。造成這一現(xiàn)象的原因在于壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速處于6000r/min以內(nèi)時(shí)，其轉(zhuǎn)速的增大雖然會(huì)引起空調(diào)冷凝溫度和壓力的增長(zhǎng)，并導(dǎo)致冷凝器換熱溫度和換熱量的增大，如電子膨脹閥的開(kāi)度并未隨之增大將會(huì)導(dǎo)致過(guò)冷度的變大，為了使得空調(diào)壓縮機(jī)處于最優(yōu)工況條件需要將過(guò)冷度控制在5-8℃的區(qū)間范圍內(nèi)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與EXV最佳開(kāi)度以及蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的變化如下圖2所示。

3.4 空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP的影響

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在增大壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下空調(diào)的能耗比、制冷量都隨之增加，同時(shí)空調(diào)壓縮機(jī)的COP反而下降，且降幅較為明顯。因此在汽車空調(diào)優(yōu)化時(shí)僅僅提供調(diào)整空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是無(wú)法完成的，需要進(jìn)行綜合性的考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在分析影響車輛空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在車載空調(diào)系統(tǒng)中的重要作用以及不同轉(zhuǎn)速條件下空調(diào)壓縮機(jī)的能耗、質(zhì)量量以及COP等的參數(shù)變化進(jìn)行了分析介紹?？傮w來(lái)說(shuō)，在空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，控制系統(tǒng)的過(guò)冷度在5-8℃的區(qū)間范圍內(nèi)可以獲得較高的制冷量量和COP，空調(diào)系統(tǒng)獲得了最優(yōu)性能。

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