某車型汽車空調(diào)系統(tǒng)性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉哲銘，李小川

（1.華晨汽車工程研究院電器工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141；

2.新地能源工程技術(shù)有限公司裝備集成分公司，河北 廊坊 065000）

某車型汽車空調(diào)系統(tǒng)性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉哲銘1，李小川2

（1.華晨汽車工程研究院電器工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141；

2.新地能源工程技術(shù)有限公司裝備集成分公司，河北 廊坊 065000）

∶文章首先對(duì)某車型與競(jìng)標(biāo)車的空調(diào)系統(tǒng)制冷性能進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了空調(diào)系統(tǒng)性能優(yōu)化的目標(biāo)，對(duì)各種改進(jìn)措施進(jìn)行了論證，通過環(huán)模實(shí)驗(yàn)、路試實(shí)驗(yàn)及主觀評(píng)價(jià)證明了改進(jìn)項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)的性能滿足客戶要求，并且達(dá)到了同級(jí)轎車中的先進(jìn)水平。

∶汽車空調(diào)；性能優(yōu)化；環(huán)模試驗(yàn)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.022

CLC NO.: U463.85+1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-59-03

前言

1、該車型和競(jìng)標(biāo)車空調(diào)系統(tǒng)降溫性能分析

該車型是華晨在A0級(jí)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)的一款車型，對(duì)汽車的空調(diào)系統(tǒng)提出了在同級(jí)車中具有競(jìng)爭(zhēng)力的要求。

本文首先通過環(huán)模實(shí)驗(yàn)室對(duì)原系統(tǒng)和競(jìng)標(biāo)車進(jìn)行試驗(yàn)比較和系統(tǒng)理論分析，確認(rèn)了空調(diào)系統(tǒng)的目標(biāo)要求，確認(rèn)了從空氣回路和制冷回路兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。并對(duì)優(yōu)化后的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)模實(shí)驗(yàn)及路試實(shí)驗(yàn)對(duì)比及主觀評(píng)價(jià)。

該車型和競(jìng)標(biāo)車暖通箱總成在同樣的試驗(yàn)條件下進(jìn)行最大制冷量和風(fēng)量對(duì)比，見表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)風(fēng)量比競(jìng)標(biāo)車要少15%，最大制冷量比競(jìng)標(biāo)車要少12%。

表1　風(fēng)量及制冷量比較表

原車型和競(jìng)標(biāo)車在同樣的試驗(yàn)規(guī)范下，在環(huán)模實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行最大制冷性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，提高空調(diào)系統(tǒng)的最大風(fēng)量和制冷量是優(yōu)化的主要目標(biāo)。

表2　降溫性能比較表

2、改進(jìn)方案

2.1項(xiàng)目的技術(shù)目標(biāo)

根據(jù)該車型的市場(chǎng)定位及競(jìng)標(biāo)車的空調(diào)性能，提出了改進(jìn)項(xiàng)目的空調(diào)性能技術(shù)指標(biāo)，如下表3所示。

表3　整車降溫目標(biāo)

表 3 中所示的數(shù)據(jù)是指將車輛置在環(huán)模實(shí)驗(yàn)室中，在環(huán)境溫度40°C、日照負(fù)荷為1,000w/m2h、相對(duì)濕度50%的工況條件下進(jìn)行的空調(diào)系統(tǒng)最大制冷性能環(huán)境模擬試驗(yàn)的指標(biāo)。

2.2改進(jìn)項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化項(xiàng)目必須滿足整車開發(fā)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并且盡可能地減少相關(guān)零部件的更改。在這樣的前提條件下，確定在原有暖通箱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2.1空氣回路的優(yōu)化

1）首先通過CFD分析對(duì)原車型暖通箱及風(fēng)道進(jìn)行流場(chǎng)分析，確認(rèn)了空調(diào)箱殼體、風(fēng)道流阻較大，蒸發(fā)器表面風(fēng)速不均勻，因此對(duì)殼體及風(fēng)道數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，蒸發(fā)器表面均勻性有了很大提高，對(duì)制冷性能及防止結(jié)霜有很大幫助：

2）為了增加系統(tǒng)風(fēng)量，決定更換鼓風(fēng)機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比風(fēng)量增加了10%左右；

3）為了匹配新開發(fā)的鼓風(fēng)機(jī)，對(duì)蝸殼重新進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，通過CFD分析流場(chǎng)分析盡可能的減小流阻，同時(shí)滿足噪音要求；

4）空調(diào)箱總成風(fēng)量實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化后空調(diào)箱總成風(fēng)量如下表4所示。

表4　風(fēng)量及制冷量比較表

5）空調(diào)箱風(fēng)量分配實(shí)驗(yàn)

鼓風(fēng)機(jī)電壓13.5±5%，HVAC帶風(fēng)道做風(fēng)量分配實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如下圖1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足目標(biāo)要求，如下表5所示。

表5　風(fēng)量分配表

2.2.2制冷回路優(yōu)化

1）通過對(duì)競(jìng)標(biāo)車的HVAC進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原空調(diào)系統(tǒng)制冷量明顯小于15%左右，為了增加系統(tǒng)的制冷能力，決定增加蒸發(fā)器的換熱能力；蒸發(fā)器面積相比之前增加了15%左右；

2）通過對(duì)冷凝器的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了冷凝器的換熱能力>14000W，滿足系統(tǒng)的換熱要求，因此不進(jìn)行調(diào)整；

3）壓縮機(jī)的形式和排量對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能有著很大的影響。本項(xiàng)目選用的是定排量渦旋壓縮機(jī)，原空調(diào)系統(tǒng)排量為106cc/r，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此壓縮機(jī)能夠滿足空調(diào)系統(tǒng)的制冷需求。

3、系統(tǒng)性能及風(fēng)量實(shí)驗(yàn)

3.1制冷劑標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

正確的制冷劑充注量對(duì)保證空調(diào)的降溫性能是非常重要的。根據(jù)公司的規(guī)范進(jìn)行加注量試驗(yàn)。

試驗(yàn)的條件如下：

環(huán)境空氣溫度：38°C

環(huán)境濕度：40%

光照強(qiáng)度：1000W

進(jìn)氣方式：外循環(huán)

車輛速度：80km/h

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)穩(wěn)定10m 分鐘后記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)圖2充注量試驗(yàn)曲線結(jié)果，改進(jìn)系統(tǒng)的制冷劑充注量為500g。

圖2　系統(tǒng)充注量實(shí)驗(yàn)

3.2環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)

環(huán)模實(shí)驗(yàn)室中，在環(huán)境溫度40°C、日照負(fù)荷為1,000w/ m2h、相對(duì)濕度50%的工況條件下進(jìn)行的空調(diào)系統(tǒng)最大制冷性能環(huán)境模擬試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表6所示。

表6　降溫性能比較表

3.3路試實(shí)驗(yàn)

空調(diào)Fleet路試，模擬用戶在城市或郊區(qū)使用空調(diào)情況，本路試實(shí)驗(yàn)在重慶完成的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表7所示。

實(shí)驗(yàn)工況：

環(huán)境溫度：40℃；

模式：全冷，最大風(fēng)量，內(nèi)循環(huán)，吹面；出風(fēng)口直吹；

地點(diǎn)：重慶；

備注：整車貼膜；

表7　降溫性能比較表

3.4主觀評(píng)價(jià)

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖3所示。

圖3　空調(diào)主觀評(píng)價(jià)表

4、總結(jié)

通過臺(tái)架試驗(yàn)，環(huán)境模擬試驗(yàn)和風(fēng)量試驗(yàn)三個(gè)方面試驗(yàn)比較，充分說明了整車風(fēng)量對(duì)提高轎車空調(diào)性能的重要作用對(duì)前文所提出的各種改進(jìn)系統(tǒng)的方法得到論證。同時(shí)，證明了該車型空調(diào)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)都已經(jīng)大大超出了客戶的要求。

[1] 黃志春,公茂兵.汽車空調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù),2013年01期.

[2] 徐國(guó)權(quán),賈傳林.轎車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑加注量實(shí)驗(yàn)研究[A].高等學(xué)校工程熱物理第十九屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C],2013年.

[3] 戴玉英,夏巍.汽車空調(diào)環(huán)境模擬試驗(yàn)研究[J].上海汽車,2002年10期.

AUTOMOTIVE AIR CONDITIONING SYSTEM STUDY AND PERFORMANCE OPTIMIZATION

Liu Zheming1, Li Xiaochuan2
(1.Brilliance Auto R&D Center CAE Section, Liaoning Shenyang 110141; 2. Xindi Energy Engineering Technology Co., Ltd, Hebei Langfang 065000)

First,a lot of test data of the former system and service dataof one vehicle were analyzed, then base on the new programspecialty. In this paper, most of the research was based on bench test,system bench test and Climate Wind Tunnel test and air flow benchtest. Some performance target in system matching and evaluationwere discussed. After optimization the new HVAC system can meetthe program target in both component and vehicle level.

automotive air conditioning; performance optimization; climate wind tunnel test

∶U463.85+1

∶A

∶1671-7988 (2016)09-59-03

劉哲銘，就職于華晨汽車工程研究院電器工程室。