提高面向中東市場乘用車的空調降溫性能

韓海強，童國慶，2，何旭明，韋興民，馮擎峰

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟大學，上海 201804）

提高面向中東市場乘用車的空調降溫性能

韓海強1，童國慶1，2，何旭明1，韋興民1，馮擎峰1

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟大學，上海 201804）

某款乘用車出口中東市場，出現空調停止工作及空調降溫性能不能滿足當地高溫環境要求的問題。經過分析并對發動機水泵、散熱器、冷卻風扇進行了改進，改進后的樣件裝車測試，空調工作不再出現停機現象，空調降溫性能達到了中東地區高溫環境的要求，此款乘用車可以順利出口到中東市場。

空調；降溫性能；測試；中東市場

1 概述

某款乘用車出口中東市場，該地區屬于熱帶沙漠氣候，年降水量少，環境溫度高，對汽車的散熱系統以及空氣降溫性能的要求較高。符合中國技術要求、市場可以接受的車輛，如果不經過改進就不一定能夠符合中東市場的要求。

某款在中國市場正常上市銷售的乘用車，直接出口到中東市場，汽車的散熱系統和空調降溫性能不能滿足中東市場的技術要求，出現了發動機水溫高而使空調停止工作及空調效果差的問題。為此，必須針對相關的零部件、系統進行適當的改進，經過分析制定了改進方案，做出樣件進行試裝測試，符合要求后再進行批量生產。

2 空調降溫性能差問題分析

2.1 環境原因

伊拉克、沙特等中東國家多為熱帶、亞熱帶沙漠地區，夏季炎熱漫長，最高溫度在50℃以上，極端溫度可達55℃，地表溫度可達80℃，是世界上最熱的地區之一。

某款乘用車的冷卻系統是基于最高溫度40℃設計的，設計時沒有考慮中東地區高溫環境的情況。

2.2 系統原因

1）冷卻液水溫高的原因由于發動機在工作時產生的熱量大于冷卻系統所能帶走的最大散熱能力，導致發動機冷卻液水溫無法控制在要求范圍。

2）空調不工作原因一個重要的原因是由于發動機水溫超過一定值，發動機管理系統為保護發動機本身而將空調壓縮機斷開，使空調壓縮機停止工作，發動機的負載降低，達到減少發動機產生的熱量以實現降低水溫的作用。

3）空調效果差的原因一方面由于外界環境影響導致空調冷凝器帶走熱量的能力下降，使空調制冷能力下降；另一方面由于空調壓縮機功率限制，空調制冷系統帶走熱量的能力小于外界環境傳到駕駛室內的熱量；再者，冷卻風扇的風量帶走的熱量不足。如果出現發動機水溫過高而切斷空調壓縮機電源，空調就停止工作，則駕駛室內的環境更差。

3 改進設計

本次改進從發動機冷卻系統及提高風量增加散熱量方面著手，以達到解決發動機冷卻液水溫高、空調不工作的情況并改善空調制冷效果的目的。

汽車發動機冷卻系統散熱的熱量計算公式：

式中：A——傳給冷卻系統的熱量占燃料的熱能百分比，對汽油機來說A=0.23～0.30；ge——內燃機燃料消耗率，kg／kW·h；Ne——內燃機功率，kW；hn—燃料的熱值，kJ／kg。

從上式可以看出，對于發動機型號一定的車型來說，在不同地區需從冷卻系統散走的熱量基本是一定的［1］。

3.1 改進方案考慮

經過分析，制定改進方案，如表1所示。

表1 改進方案

3.2 水泵的改進設計

將水泵葉片加高4mm，加高方向如圖1所示。改進前、后水泵揚程，見表2。

表2 改進前、后水泵揚程比較

3.3 散熱器改進設計

目前國內設計散熱器時的其中一個參數是液氣溫差為60℃，如某款乘用車的散熱器在液氣溫差60℃條件下要求散熱能力大于等于55kW。

中東極端的溫度為55℃，若按最高水溫為110℃，液氣溫差只有55℃，根據廠家經驗，液氣溫差少5℃，單位散熱面積的散熱能力降低了10%～15%。通過增加散熱面積彌補散熱能力。

假設取ΔQ1=0.85ΔQ，則S1≥1.176S；即要求改進后的散熱面積要大于等于原散熱面積的1.176倍。

散熱器改進通常是通過芯體加厚來增加散熱面積，某款乘用車原散熱器芯厚為16mm，散熱面積6.12m2；將芯厚增到20mm，散熱面積達7.6m2，改進后的散熱器散熱面積是原來的1.242倍。散熱器芯厚示意圖如圖2所示。

3.4 冷卻風扇改進設計

冷卻風扇風量需求計算公式：

式中：Δta——空氣進入散熱器前、后的溫差，一般Δta=10～30℃，目前設計Δta取30℃來計算［1］；γa——空氣密度，一般γa=1.01kg／m3；cp—空氣定壓比熱，可取cp=1.047kJ／kg·℃。

通過前期的測試，某款乘用車在55℃環境下，風扇后的空氣溫度能達到80～82℃，相當于Δta=25～27℃，這里我們取25℃進行計算。

在總的散熱需求不變的情況下，改進設計后的某款乘用車冷卻風扇風量要求為：Va1=（30×Va）／25= 1.2Va，即要求改后冷卻風扇的通風量為原風扇的1.2倍，風量由2000m3／h增加到2400m3／h。通過重新設計風葉結構、增大電機功率、更改風葉材料來實現，并預留一定提升空間。冷卻風扇示意圖見圖3［2-4］。

4 改進設計的試驗驗證

4.1 試驗方案確定

試驗的樣件分別為：①芯體厚度增加到20mm的散熱器手工樣件；②改進后的水泵樣件；③通過對在產風扇增加轉速實現風量增加20%左右的風扇手工樣件。環境艙設計的溫度為45℃。

4.2 試驗結果及分析

1）改進前

改進前整車空調降溫性能試驗，結果見表3。

表3 改進前整車空調降溫性能試驗結果

改進前整車空調降溫性能試驗曲線如圖4所示，結果不符合技術要求。

2）改進后

改進后整車空調降溫性能試驗結果見表4。

表4 改進后整車空調降溫性能試驗結果

改進后整車空調降溫性能試驗曲線如圖5所示，符合技術要求。

從以上的試驗結果表及性能曲線分析可以得出，發動機的散熱有明顯的改善，空調不工作的情況、空調的制冷效果有明顯的改善，達到技術要求。

5 總結

在中國市場正常銷售的車輛，出口到中東高溫環境的國家和地區，發動機的散熱性能變差，空調出現停止工作及空調降溫性能差的問題，實際模擬測試結果，不符合中東高溫環境的技術要求。為了中國民族品牌的車輛出口中東市場，必須進行發動機散熱性能、空調降溫性能的改進工作。

經過分析制定改進方案，改進涉及到水泵、散熱器、冷卻風扇、壓縮機，考慮到改進壓縮機涉及的工作量大及增加成本高，綜合考慮后，決定改進水泵、散熱器、冷卻風扇：通過增加水泵的葉片高度來提高水泵的性能；通過增加散熱器水箱的厚度來增大散熱面積；通過增加風量來提高冷卻風扇的性能。

根據分析結果，設計做出樣件，進行裝車驗證測試，測試結果達到了技術要求。本款車型安裝改進后的水泵、散熱器、冷卻風扇，即可順利出口中東高溫環境的國家和地區。

［1］張杰.簡述發動機冷卻系統設計及散熱量計算［J］.裝備制造技術，2004（2）：21-24.

［2］德國BOSCH公司.Robert BOSCH GmbH汽車電氣與電子控制［M］.魏春源，等譯.北京：北京理工大學出版社，2004.

［3］德國BOSCH公司.BOSCH汽車工程手冊（中文第2版）［M］.顧柏良，等譯.北京：北京理工大學出版社，2004.

［4］孫仁云，付百學.汽車電器與電子技術［M］.北京：機械工業出版社，2007.

（編輯文珍）

Enhancing Cooling Performance of Passenger Car For Middle East Market

HAN Hai-qiang1，TONG Guo-qing1，2，HE Xu-ming1，WEI Xing-min1，FENG Qing-feng1
（1.Geely Automobile Research Institute，Hangzhou 311228，China；
2.Tongji University，Shanghai 201804，China）

The air conditioner sometimes stoppes working and its cooling performance can not meet the requirements of local high temperature environment on a style of passenger car exported to the Middle East market. After analysis and improvement to its engine water pump，radiator and cooling fan，the improved sample is tested on car. The results show that it can work normally and meet the requirements of high temperature environment，so this style of passenger car can be exported to the Middle East market successfully.

air conditioning；cooling performance；test；Middle East market

U463.851

A

1003－8639（2014）06－0020－03

2014-03-27；

2014-04-02

韓海強，吉利汽車研究院海外產品支持部部長；童國慶，高級工程師，吉利汽車研究院技術專家；何旭明，吉利汽車研究院一級主任工程師；韋興民，吉利汽車研究院資深總工程師；馮擎峰，吉利集團副總裁。