黃世云
(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限工司, 福建 廈門 361023)
在汽車空調(diào)系統(tǒng)中,冷凍油作為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的潤滑劑,是保證其正常工作的重要物質(zhì)[1]。在空調(diào)系統(tǒng)工作過程中,冷凍油隨著冷媒一起循環(huán),所以,對(duì)于不同的車型,空調(diào)管路長度以及冷凝器、蒸發(fā)器大小不同,即便選用同款壓縮機(jī),其冷凍油的加注量也不一樣。因此,對(duì)于新的空調(diào)系統(tǒng),研究其冷凍油加注量,直接關(guān)系到空調(diào)降溫性能的好壞,以及壓縮機(jī)使用壽命的長短[2]。
冷凍油又叫冷凍機(jī)油,具有潤滑、密封、散熱、降噪以及調(diào)節(jié)機(jī)械動(dòng)力能量的作用。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)選型確定及冷媒量標(biāo)定后,冷凍油的加注量就是空調(diào)性能的關(guān)鍵影響因素[3]。
適量的冷凍油能夠確保冷凝器良好的散熱性能和蒸發(fā)器良好的制冷性能。冷媒易溶于冷凍油,且兩者具有一定的互溶型,當(dāng)冷凍油過多時(shí)的不良影響主要有:
1) 使冷凝器的散熱量減少。由于冷凍油導(dǎo)熱性比冷媒差,在冷凝過程中,過多的冷凍油會(huì)阻礙冷媒與冷凝器管道之間的熱交換,使冷凝器散熱量降低。
2) 使蒸發(fā)器與車內(nèi)空氣熱交換效率降低。當(dāng)溶有冷凍油的冷媒在流經(jīng)膨脹閥后,冷凍油仍然以霧狀的液態(tài)形式隨已變?yōu)闅鈶B(tài)的冷媒一起存在于蒸發(fā)器內(nèi)。且此時(shí)冷凍油仍為高溫狀態(tài),當(dāng)氣態(tài)冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱時(shí),會(huì)同時(shí)吸收冷凍油的熱量,所以過多的冷凍油會(huì)使蒸發(fā)器與車內(nèi)空氣的熱交換量減小,導(dǎo)致空調(diào)制冷效果不好[4]。
3) 導(dǎo)致膨脹閥油堵和系統(tǒng)流阻增加。由于膨脹閥開度較小,過多的冷凍油流經(jīng)膨脹閥時(shí),可能導(dǎo)致膨脹閥堵塞。同時(shí)聚集在管路低處的冷凍油會(huì)使冷媒流阻增大,導(dǎo)致空調(diào)出現(xiàn)制冷效果不好或不制冷問題。
4) 造成空調(diào)壓縮機(jī)“液擊”現(xiàn)象。通常情況下,回流到壓縮機(jī)的是低溫低壓的氣態(tài)冷媒,當(dāng)冷凍油過多時(shí),液態(tài)的冷凍油被吸入壓縮機(jī),對(duì)壓縮機(jī)造成“液擊”,會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的使用壽命降低甚至損壞[5]。
適量的冷凍油是確保壓縮機(jī)及其機(jī)構(gòu)最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、安全性和使用壽命的必要條件,也是降低空調(diào)系統(tǒng)能耗、確保制冷效果的輔助劑。當(dāng)系統(tǒng)中冷凍油不足時(shí)的不良影響主要有[6]:
1) 使壓縮機(jī)的使用壽命降低。冷凍油不足會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)摩擦增大,甚至出現(xiàn)干磨和撞擊噪聲,導(dǎo)致壓縮機(jī)使用壽命縮短甚至報(bào)廢。
2) 導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部散熱不良、高溫。當(dāng)冷凍油不足時(shí),摩擦產(chǎn)生的熱量增大且得不到有效散熱,導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部高溫,降低了壓縮機(jī)的可靠性和安全性。
3) 壓縮機(jī)內(nèi)部微泄漏。冷凍油能夠?qū)嚎s機(jī)的動(dòng)靜盤及軸承機(jī)構(gòu)起到密封作用,當(dāng)冷凍油不足時(shí),其內(nèi)部機(jī)構(gòu)間的密封效果差,甚至出現(xiàn)不密封,導(dǎo)致內(nèi)部微泄漏。
4) 能耗增加、制冷效果降低。當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)缺油運(yùn)動(dòng)時(shí),其內(nèi)部機(jī)械部件摩擦阻力增大,壓縮機(jī)效率降低,使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增加,空調(diào)制冷性能下降。
每款車型必須通過試驗(yàn)來確定其空調(diào)冷凍油加注量的準(zhǔn)確性?,F(xiàn)對(duì)某輕型客車空調(diào)冷凍油加注量進(jìn)行測試研究。
該車輛配置3個(gè)蒸發(fā)器,駕駛區(qū)1個(gè),乘客區(qū)2個(gè)頂置,標(biāo)定冷媒量為1 250 g。根據(jù)空調(diào)配套廠的冷凍油初加預(yù)估法(冷凍油加注量取冷媒加注量的1/4,即312.5 g),取整310 g作為初始加注量進(jìn)行試驗(yàn)。
該試驗(yàn)是在以310 g冷凍油為基準(zhǔn)中心,30 g作為增減變量,其他配置及試驗(yàn)條件相同的情況下進(jìn)行對(duì)比測試,將出制冷性能最好時(shí)的冷凍油加注量作為最終加注量。
2.1.1 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)過程
本試驗(yàn)采用40 ℃的環(huán)境溫度、50%環(huán)境濕度和950 W/m2的日照條件。按照試驗(yàn)需求,設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況及試驗(yàn)過程[7-8],如圖1所示。本試驗(yàn)過程分為4個(gè)階段,各階段工況要求如下[9]:
階段A:暖房升溫至40 ℃過程。暖房風(fēng)機(jī)速度模擬車速40 km/h,車輛A/C關(guān)閉,整車HVAC(空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng))置“外循環(huán)、吹臉”模式,車輛空調(diào)風(fēng)機(jī)開最大風(fēng)速擋,直至暖房溫度穩(wěn)定。
階段B:車廂預(yù)熱。首先,車門、車窗全開,車輛空調(diào)關(guān)閉,暖房風(fēng)機(jī)速度模擬車速40 km/h運(yùn)行約20 min,車輛HVAC置“外循環(huán)、吹臉”模式,車輛空調(diào)風(fēng)機(jī)開最大風(fēng)速擋,使車廂內(nèi)前后無溫差;然后,車門、車窗全關(guān),車輛空調(diào)關(guān)閉,暖房風(fēng)機(jī)關(guān)閉(模擬車速為0),車輛HVAC再置“外循環(huán)、吹臉”模式,車輛空調(diào)風(fēng)機(jī)開最大風(fēng)速擋,運(yùn)行至車廂內(nèi)前后測溫點(diǎn)溫度到50 ℃±3 ℃(前測溫點(diǎn)Ch08、后測溫點(diǎn)Ch14);最后,將車輛HVAC切換至內(nèi)循環(huán),預(yù)熱至車廂內(nèi)中央測溫點(diǎn)(測溫點(diǎn)Ch11)溫度到60 ℃±3 ℃(以上測溫點(diǎn)如圖2和圖3所示)。
階段C:初始制冷過程。車輛空調(diào)開啟,車輛HAVC置“內(nèi)循環(huán)、吹臉”模式,開最大風(fēng)速擋,暖房風(fēng)機(jī)速度模擬車速40 km/h,持續(xù)30 min。
階段D:最大制冷過程。車輛空調(diào)繼續(xù)運(yùn)行,車輛HAVC置“內(nèi)循環(huán)、吹臉”模式,開最大風(fēng)速擋,暖房風(fēng)機(jī)速度模擬車速80 km/h,持續(xù)30 min。
圖1 試驗(yàn)過程圖
2.1.2 溫度測量點(diǎn)定義
測量點(diǎn)分為出風(fēng)口位置和乘客頭部位置2個(gè)部分,定義儀表臺(tái)右側(cè)和中間出風(fēng)口測量點(diǎn)分別為Ch01和Ch02,第一排至第五排取各排中間對(duì)應(yīng)頂棚出風(fēng)口為測量點(diǎn),分別定義為Ch03、Ch04、Ch05、Ch06、Ch07,如圖2所示;駕駛員頭部和副駕頭部分別定義為Ch08和Ch09,乘客區(qū)第一排至第五排座椅取中間座位的乘客頭部為測量點(diǎn),分別定義為Ch10、Ch11、Ch12、Ch13、Ch14,如圖3所示,其中,Ch08、Ch14也分別同時(shí)為車廂前后測溫點(diǎn)位置,Ch11也同時(shí)為車廂中央測溫點(diǎn)[10-11]。
圖2 出風(fēng)口測量點(diǎn)示意圖
圖3 乘客頭部測量點(diǎn)示意圖
2.2.1 試驗(yàn)順序設(shè)計(jì)
首先進(jìn)行冷凍油為310 g的基準(zhǔn)試驗(yàn),然后向著每增加30 g冷凍油的方向進(jìn)行下組試驗(yàn),當(dāng)出現(xiàn)下一組試驗(yàn)的平均溫度比上一組高且2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異較大時(shí),則停止增加冷凍油試驗(yàn),向著以310 g為基準(zhǔn)中心、每減少30 g冷凍油的反方向繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn),直至出現(xiàn)下組試驗(yàn)溫度比上組上升的情況,且相鄰2組試驗(yàn)溫度差異較小并大體趨于穩(wěn)定時(shí),則可以結(jié)束試驗(yàn)[12]。
2.2.2 分組試驗(yàn)
試驗(yàn)1:加注冷凍油310 g,按2.1.1進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)測,部分測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)見表1。
表1 冷凍油為310 g時(shí)部分測量點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)
根據(jù)表1數(shù)據(jù)計(jì)算,頭部及車廂中央溫控點(diǎn)平均溫度為(ch08+ch09+ch10+ch11+ch12+ch13+ch14+ch11)/8=25.2 ℃。
試驗(yàn)2:在每增加30 g冷凍油的試驗(yàn)過程中,第一次增加時(shí)其結(jié)果就比試驗(yàn)1的平均溫度高出了1.69 ℃,增加30 g冷凍油比不增加時(shí)的溫度差異較大,故應(yīng)結(jié)束增加冷凍油的試驗(yàn)。
隨即從試驗(yàn)3開始進(jìn)行每減少30 g冷凍油的反向試驗(yàn),在后續(xù)的試驗(yàn)3至試驗(yàn)6中,試驗(yàn)4的平均溫度為22.91 ℃,相比左右相鄰試驗(yàn)組試驗(yàn)3的24.79 ℃和試驗(yàn)5的23.08 ℃都要低,是最低溫度狀態(tài)。
為確保試驗(yàn)的可靠性,繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)6,測試結(jié)果顯示,試驗(yàn)4、5、6這相鄰的3組試驗(yàn)溫度差異都較小,且已大體趨于穩(wěn)定,故可結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn)2至試驗(yàn)6的部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。
表2 試驗(yàn)2至試驗(yàn)6結(jié)束時(shí)各頭部測量點(diǎn)及中央溫控點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)
根據(jù)上述6組試驗(yàn)數(shù)據(jù),將各組試驗(yàn)的頭部及車廂中央溫控點(diǎn)平均溫度繪制成圖,如圖4所示,可以看出,從試驗(yàn)4開始,后續(xù)試驗(yàn)平均溫度大體趨于穩(wěn)定,且試驗(yàn)4為最低溫度點(diǎn),故可以判斷試驗(yàn)4的250 g冷凍油能夠使空調(diào)性能發(fā)揮最佳。
圖4 6組試驗(yàn)平均溫度曲線
本文采用階梯式的冷凍油加注方案進(jìn)行逐步試驗(yàn),確定了該空調(diào)系統(tǒng)最佳的冷凍油加注量。該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果不僅能夠確保該空調(diào)系統(tǒng)的性能發(fā)揮和各部件的使用壽命,還對(duì)售后維修保養(yǎng)有極其重要的指導(dǎo)作用。