黃志冰，王威，宋顯輝，鄧小勇，周濤，凌玉虎

（1.江鈴汽車股份有限公司整車工程開發(fā)部，江西 南昌 330001；2.江西新電汽車空調(diào)系統(tǒng)有限公司技術(shù)部，江西 南昌 330001）

前言

近年來，隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展以及人們對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量要求的逐步提高，根據(jù)2017年9月J.D.Power發(fā)布的2017中國新車質(zhì)量研究（IQS），“車內(nèi)有令人不愉快的氣味”已連續(xù)3年成為了消費(fèi)者投訴最多的問題。車內(nèi)異味不單會(huì)對(duì)消費(fèi)者感官上造成不適，更重要的是對(duì)人體健康也會(huì)有較大的影響[1]。商用車作為在設(shè)計(jì)和技術(shù)特征上用于運(yùn)送人員和貨物的汽車[2]，其由于內(nèi)飾異味而導(dǎo)致顧客抱怨的數(shù)量也在逐年增加。目前國內(nèi)主流商用車型為滿足后排空間，均采用單內(nèi)循環(huán)后頂置空調(diào)的設(shè)計(jì)模式；單內(nèi)循環(huán)無法使車艙內(nèi)氣體快速排出車外，導(dǎo)致車內(nèi)空間環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重下降，尤其在疫情等特殊時(shí)期會(huì)引起單位空間內(nèi)的病毒數(shù)量的增加，產(chǎn)生交叉感染。因而，適用于商用車用的車載新風(fēng)系統(tǒng)成為目前亟待解決的問題。

1 新風(fēng)系統(tǒng)搭建

1.1 負(fù)壓發(fā)生裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)江鈴股份某款商用車型的空間大小及布置要求，選型了一款斯佩爾離心式風(fēng)機(jī)011-A46-22（如圖1所示），該離心式風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)見表1，其中P為靜態(tài)壓力；I為風(fēng)機(jī)輸入電流；Q為風(fēng)機(jī)排風(fēng)口流量。將該離心風(fēng)機(jī)安裝在車輛左右兩側(cè)靠近D立柱的輪轂包側(cè)，并將地板開孔，用于車輛內(nèi)部空氣的強(qiáng)制排出，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)壓效果。同時(shí)，在風(fēng)機(jī)上方設(shè)置隔音木箱，內(nèi)貼減震墊，外用無紡氈包裹木箱，木箱采用兩層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，上層側(cè)面放置百葉進(jìn)風(fēng)格柵，使得車艙內(nèi)氣體平穩(wěn)流入木箱空腔內(nèi)，經(jīng)由離心風(fēng)機(jī)排出車外進(jìn)而達(dá)到隔音降噪目的。離心風(fēng)機(jī)在車內(nèi)的布置，如圖2所示。

圖1 斯佩爾離心式風(fēng)機(jī)011-A46-22

表1 離心式風(fēng)機(jī)PQ參數(shù)

圖2 離心風(fēng)機(jī)在車內(nèi)的布置圖

1.2 頂置空調(diào)內(nèi)外循環(huán)切換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該款商用車型采用頂置空調(diào)的單內(nèi)循環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)由車頂內(nèi)飾格柵吸入車內(nèi)空氣，經(jīng)蒸發(fā)器制冷后由頂內(nèi)飾出風(fēng)口流向車內(nèi)，達(dá)到制冷目的。但該結(jié)構(gòu)的最大劣勢在于僅采用內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣方式，無法引入車外新鮮空氣，使得車艙內(nèi)環(huán)境質(zhì)量下降；通過在現(xiàn)有頂置空調(diào)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)輕量化內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（如圖3所示），本轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)僅會(huì)降低乘客艙45mm的Z向高度，既滿足乘客在不同環(huán)境下對(duì)內(nèi)外循環(huán)自由切換的不同需求，又滿足商用車對(duì)后排載人/載貨空間的需求。

圖3 內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)RP件

當(dāng)乘客選擇外循環(huán)時(shí)，外循環(huán)風(fēng)門將會(huì)打開，內(nèi)循環(huán)風(fēng)門關(guān)閉，車外新鮮空氣將會(huì)流入車內(nèi)；當(dāng)乘客選擇內(nèi)循環(huán)時(shí)，內(nèi)循環(huán)風(fēng)門將會(huì)打開，外循環(huán)風(fēng)門關(guān)閉，車外空氣將無法流入車內(nèi)以滿足顧客對(duì)制冷能力的需求；內(nèi)外循環(huán)可切換頂置空調(diào)外循環(huán)原理如圖4所示。

圖4 內(nèi)外循環(huán)可切換頂置空調(diào)外循環(huán)原理圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備兩臺(tái)相同型號(hào)某商用車，該車型本身裝配有前空調(diào)、后頂置空調(diào)及其相關(guān)出風(fēng)格柵，其中前空調(diào)采用的是單鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，后空調(diào)采用的是雙鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；兩者的相關(guān)配置參數(shù)如表2。

表2 前后空調(diào)風(fēng)機(jī)參數(shù)

將負(fù)壓發(fā)生裝置和頂置空調(diào)內(nèi)外循環(huán)切換機(jī)構(gòu)搭載其中一臺(tái)車輛上后產(chǎn)生的氣體流向簡圖如圖5，另一臺(tái)車輛維持原有配置不變，不做任何處理。另外，為簡化實(shí)驗(yàn)，在所有實(shí)驗(yàn)條件下，裝有負(fù)壓裝置的車輛上，負(fù)壓裝置擋位不發(fā)生變化，始終維持在1擋。

圖5 試驗(yàn)車氣體流向簡圖

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 切換機(jī)構(gòu)對(duì)HVAC性能影響

由于試驗(yàn)車裝配切換機(jī)構(gòu)后，后空調(diào)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外循環(huán)自由切換，存在內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種工作狀態(tài)，如圖6、7所示，將內(nèi)外循環(huán)出風(fēng)口平均風(fēng)量分別與原車單內(nèi)循環(huán)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：

圖6 平均風(fēng)量與擋位變化趨勢

1）隨著后空調(diào)擋位的升高，新老狀態(tài)內(nèi)循環(huán)及新狀態(tài)外循環(huán)平均風(fēng)量均有所上升，且上升趨勢幅度大致相當(dāng)；

2）新狀態(tài)內(nèi)循環(huán)的平均風(fēng)量相較于老內(nèi)循環(huán)狀態(tài)除2擋異常外，隨著擋位的升高，兩者風(fēng)量差的百分比逐漸增大，在7擋時(shí)達(dá)到最大的36.1%；

3）新狀態(tài)外循環(huán)的平均風(fēng)量相較于老內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，兩者在低擋位時(shí)相差不大，大約為10%左右，在7擋時(shí)達(dá)到最大的16.7%；

圖7 平均風(fēng)量百分比與擋位變化關(guān)系

4）新狀態(tài)的內(nèi)外循環(huán)平均風(fēng)量之間相比，隨著擋位的提高，兩者相差百分比變化不大，維持在20%左右。

2.2.2 負(fù)壓發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)

依據(jù)國家衛(wèi)生部關(guān)于負(fù)壓車的標(biāo)準(zhǔn)，每小時(shí)換氣為20次，負(fù)壓值在-10Pa至-38Pa之間即為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)壓車[3]。將改制后某商用車型放入NVH實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行負(fù)壓測試，測試結(jié)果表明：

1）當(dāng)前后空調(diào)均關(guān)閉時(shí)，車輛負(fù)壓值達(dá)到最高，為-50Pa；

2）當(dāng)后頂置空調(diào)關(guān)閉時(shí)，隨著前空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)擋位的提高，水平方向的出風(fēng)量逐步提高，負(fù)壓值逐步降低；當(dāng)前空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)在最大擋時(shí)，無論頂置空調(diào)處于任何擋位，負(fù)壓值均為0；

3）當(dāng)前空調(diào)關(guān)閉時(shí)，隨著后空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)的擋位的提高，豎直方向的出風(fēng)量逐步提高，負(fù)壓值逐步降低；當(dāng)后空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)在最大擋位時(shí)，負(fù)壓值為-32.5Pa；

4）針對(duì)該款商用車型，前空調(diào)水平方向的出風(fēng)量對(duì)負(fù)壓裝置產(chǎn)生負(fù)壓值的影響明顯大于后頂置空調(diào)豎直方向的出風(fēng)量。

圖8 前后空調(diào)擋位與負(fù)壓變化趨勢圖

3 結(jié)論

本文采用獨(dú)創(chuàng)式的輕量化頂置空調(diào)內(nèi)外循環(huán)切換機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅降低乘客艙45mm的Z向高度，在最大限度滿足商用車載人/載貨的基礎(chǔ)上，兼顧后排乘客對(duì)內(nèi)外循環(huán)自由切換的需求；當(dāng)乘客選擇外循環(huán)時(shí)，引入艙外新鮮空氣流入車內(nèi)，提高車內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量。雖然內(nèi)外循環(huán)切換結(jié)構(gòu)會(huì)降低出風(fēng)口平均風(fēng)量，但可以通過增加風(fēng)機(jī)工作電壓來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的增大。

同時(shí)，開創(chuàng)式地將家居市場的新風(fēng)系統(tǒng)理念引入汽車市場；在車輛尾部安裝兩臺(tái)負(fù)壓裝置從而形成負(fù)壓，強(qiáng)制將車內(nèi)混濁空氣排出車外。尤其在疫情期間，可降低車內(nèi)單位空間內(nèi)的病毒數(shù)量，有效防止病人之間的交叉感染。

根據(jù)制造出的樣車系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，該商用車車載新風(fēng)系統(tǒng)可有效形成負(fù)壓，達(dá)到國家衛(wèi)生部的相關(guān)負(fù)壓標(biāo)準(zhǔn)，可明顯改善車內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量，改善顧客車內(nèi)舒適度。