某車型空調系統降溫性能試驗分析

馬海濤

（北京汽車研究總院有限公司，北京　101300）

某車型空調系統降溫性能試驗分析

馬海濤

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

汽車空調系統作為整車系統的重要組成部分，空調系統性能的好壞直接影響著整車舒適性，所以在車型開發過程中對空調系統降溫性能進行試驗驗證尤為重要。本文著重介紹研究院電子電器部門委托試驗部開展某車型的空調降溫性能試驗，同時，簡單描述空調系統原理及降溫試驗方法。對該車型空調降溫試驗過程中發現異常的數據進行分析，得出的結論是其降溫性能滿足設計要求，經過一系列的整改然后再驗證措施，空調系統的降溫性能差的問題得以解決。本次試驗-整改-再驗證的過程不僅對整車開發提供了數據支撐，同時也增強了自身在試驗過程中判斷問題、分析問題和解決問題的能力。將所學到的知識更好地運用到試驗過程中，為整車開發提供可靠的試驗保障。

空調；性能；分析

隨著汽車工業的迅猛發展和人民生活水平的日益提高，汽車開始走進千家萬戶。人們在一貫追求汽車的安全性、可靠性的同時，如今也更加追求舒適性的要求。因而，空調系統作為現代轎車的基本配備，也就成了必然。

汽車空調的作用已經是眾所周知的，尤其是隨著地球表面氣溫的日益變暖，人們對空調的需求日益迫切，對空調品質的要求越來越高，不僅轎車和客車裝有空調，現在不少工程車和載貨汽車上也裝有空調裝置。汽車空調是對車廂內的溫度、濕度、流速進行控制，使其保持在駕駛人員感覺舒適的范圍內。本文介紹某車型空調系統的測試方法、測試結果，通過分析、整改，提高空調系統的降溫性能。

1　汽車空調組成及工作原理

1.1汽車空調的作用

空氣調節一般有4個要素：溫度、濕度、氣流和潔凈度。由于空調一定要有氣流的流動，一般由鼓風機來完成，鼓風機的噪聲和空氣通過風道時產生的噪聲使人感到不舒服，因而減小風機噪聲和氣流噪聲也就成了空調的任務。

調節溫度是空調的主要任務。汽車空調首先是要有暖氣設備，其結構比較簡單，轎車和中小型汽車一般以發動機冷卻水作為暖風的熱源；夏季的降溫則是由制冷裝置獨立完成。而通風過濾設施則可以保證車內空氣的潔凈。

1.2汽車空調的組成

汽車空調一般主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥、儲液干燥器、管道和控制系統等組成。

汽車空調分高壓側和低壓側。高壓側包括壓縮機輸出側、高壓管路、冷凝器、儲液干燥器和液體管路；低壓側包括蒸發器、回氣管路和壓縮機輸入側。儲液干燥器實際上是一個吸收制冷劑中水分、雜質、儲存和干燥制冷劑的裝置。

冷凝器和蒸發器雖然叫法不一樣但是其結構類似。他們都是在彎繞的管路上布滿了一排排薄薄的散熱片，以此來實現外界空氣與管路內的介質進行熱交換的裝置。冷凝器的冷凝指管道內的氣態制冷劑散熱后變成液態，其原理與發動機的散熱水箱類似，只不過散熱水箱內一直都是液體。所以冷凝器也被安裝在車頭部位，目的是利用迎面風給冷凝器降溫，促進其冷凝。蒸發器與冷凝器正好相反，它是制冷劑由液態變成氣態的裝置。

管道由于要注入一定量的高壓制冷劑，所以必須采用金屬管路，特別是從壓縮機到冷凝器到膨脹閥這段，由于屬于系統的高壓端，所以比其它管道有更高的耐高壓要求。

壓縮機作用就是使制冷劑完成從氣態變成液態的轉變過程，同時在整個空調系統中壓縮機還是管路內介質運動的壓力源。壓縮機是空調制冷系統的心臟，是一種使制冷劑在循環系統內流動的動力源。

1.3汽車空調的工作原理

汽車空調和我們家用空調的制冷原理是一樣的，都是利用制冷劑壓縮釋放的瞬間體積急劇膨脹吸收大量的熱能來制冷。汽車空調的壓縮機往往安裝在發動機上，大多數壓縮機都是由皮帶驅動；冷凝器安裝在汽車散熱器的前方；而蒸發器安裝在儀表板下方。

工作時，由蒸發器出來的低壓氣態制冷劑流經壓縮機變成高溫高壓的氣態制冷劑，經過冷凝器散熱管降溫冷卻變成高壓低溫的液態制冷劑，再經過儲液干燥器除濕與緩沖，然后以較穩定的壓力和流速流向膨脹閥，經節流和降壓最后流向蒸發器。制冷劑一遇到低壓環境即蒸發，吸收大量的熱量使蒸發器表面溫度降低，車窗內的空氣不斷流經蒸發器，車廂內的溫度也就因此下降。液態制冷劑流經蒸發器后再次變成低壓氣體，又重新被吸入壓縮機進行下一次的循環工作。在整個系統中，膨脹閥是控制制冷劑進入蒸發器的開關，制冷劑進入蒸發器太多而不易蒸發，太少制冷量又不夠，因而，膨脹閥是調節中樞。汽車空調組成及原理見圖1。

2　試驗方法及試驗結果

2.1降溫試驗方法

2.1.1試驗目的

依據某車型開發計劃及試驗計劃，為了驗證該車型空調系統在高溫條件下的降溫性能。

2.1.2試驗條件

1）試驗車輛應滿足條件檢查車輛準備完整性及裝配調整情況，使之符合車輛裝配調整技術條件；確認輪胎氣壓符合車輛使用說明書的相關規定；確認空調系統安裝達到設計要求，工作正常。

圖1　空調系統組成及工作原理圖

2）試驗測量階段試驗車輛保溫結束后，駕駛員進入車內，接通壓縮機和鼓風機開關，并將鼓風機風速設定為最高擋。然后駕駛員起動發動機，開始計時t=0min。

按表1的要求開始試驗，迎面風速應等于試驗車速；按表2的規定測量采集數據，試驗開始后每隔1 s測量一次、記錄一次各測點的數據。

表1　試驗工況表

2.2試驗數據及結果

降溫試驗吹面出風口平均溫度數據見表3，乘員頭部呼吸點平均溫度見表4，呼吸點溫度隨時間變化趨勢見圖2，吹面出風口溫度隨時間變化趨勢見圖3。

3　試驗結果分析及整改

試驗結束后對試驗結果進行了分析，由圖2中可以看出，試驗過程中乘員呼吸點溫度在40℃左右，趨于平穩，整個試驗過程中溫度降低不大；從表4中的數值可以直接看出試驗結束后呼吸點溫度為36～40℃，遠高于試驗要求溫度。對表3中空調系統壓力數據進行了分析，發現整個試驗過程中高壓小于11 bar，低于空調系統的正常壓力值。

以上結果由2種可能的原因造成。第一是數據采集設備及溫度和壓力傳感器出現問題，導致數據偏差；第二是空調系統內制冷劑不足，導致空調系統試驗過程中高壓過低，系統制冷能力不夠，從而使呼吸點溫度過高。

表2　測試點

表3　降溫試驗吹面出風口平均溫度數據表

圖2　呼吸點溫度隨時間變化趨勢圖

圖3　吹面出風口溫度隨時間變化趨勢圖

表4　乘員頭部呼吸點平均溫度℃

經過對采集設備的檢查，并未發現設備出現問題，排除設備故障問題，從而確定原因為制冷劑不足導致制冷性能差。造成制冷劑不足的原因主要有2點。第一，空調管路泄漏造成制冷劑不足；第二，試驗前制冷劑數量本身就低于正常水平。對空調管路進行檢查后，發現管路無泄漏制冷劑現象。與專業人員溝通后，得知此車輛試驗前制冷劑為400 g。由此判斷，400g制冷劑過少，需開展制冷劑加注量試驗，以確認空調系統正常制冷所需制冷劑數量。首先將空調管路制冷劑排出，抽真空然后保壓一段時間，其目的是確保空調管路系統的密封性。一次性加入400 g制冷劑，然后每次增加50g，每次加注完畢待系統運行穩定后讀取壓力和溫度值，通過公式計算出膨脹閥出口過冷度，過冷度為25，且壓縮機高壓穩定在合理的數值時，停止加注。此時制冷劑加注質量為500g，加注量試驗完成后重新開展空調系統降溫試驗。

加注量調整后，按照上面所描述的降溫試驗方法進行降溫試驗，整改后的各項數據見表5、表6、圖4和圖5。

表5　整改后降溫試驗吹面出風口平均溫度數據表

表6　整改后乘員頭部呼吸點平均溫度數據表

圖5　整改后吹面出風口溫度隨時間變化趨勢圖

由表5、表6可以看出，呼吸點溫度與出風口溫度明顯低于整改前。為了更直觀地看到前后數據差異，將整改前后的降溫數據進行了對比，詳見表7。

表7　整改前后平均溫度數據表

由表7可以看出，整改后的呼吸點溫度明顯低于整改前，車速為100km/h與怠速兩個工況呼吸點平均溫度低于32℃。符合設計要求，冷卻系統制冷明顯。

4　結論

通過本次開展的空調降溫性能試驗，對空調系統的組成和工作原理有了進一步的了解，更重要的是在試驗過程中能夠去發現問題，然后尋找解決問題的思路和方法。相信隨著試驗經驗的不斷積累，能夠將研發車型的空調系統性能得到提高，增強客戶的滿意度。

［1］ GMW 3037_2001，AC System Maximum Performance Validation for Passenger Vehicles［S］.

［2］GMW-7022_2001，空調系統加注量試驗方法［S］.

（編輯陳程）

Testing and Analysis on a Vehicle Air-conditioner Cooling Function

MA Hai-tao
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

As an important part of the vehicle system，functionality of the air-conditioner directly affects the travelexperience.Therefore，testingandvalidatingthecoolingfunctionofair-conditionerisvitalinvehicle development.Thispaperfocusesonanair-concoolingfunctiontestingentrustedbyelectrical&electronic department，and also simply demonstrates the air-con working principal and cooling function testing method.Through analyzing abnormal data in the test，the cooling function is concluded to be ok.It meets design requirements after series of improvement and validation，the issue of poor functioning is also solved.This test-improve-test procedure not only provides valuable data in vehicle development，but also helps increase problem-solving ability.This paper applies learnt knowledge in testing process，and provides reliable testing guarantee in whole vehicle development.

air-conditioner；functionality；analysis

U463.851

A

1003－8639（2016）09－0063－04

2015-11-09；

2015-11-12