關于某出口海外車型空調系統性能的提升與分析

周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車有限公司，浙江 寧波 315800）

關于某出口海外車型空調系統性能的提升與分析

周思林，何林軍，于河龍，盛偉琪

（浙江吉利汽車有限公司，浙江 寧波 315800）

詳細介紹國內某車輛空調系統制冷效果差的原因，通過改善與優化壓縮機傳動比、增加逆流式冷凝器、優化空調管路結構、減少機艙內部熱回流效性，有效提升整車空調性能水平達28 %左右，同時提高了該車型在海外市場的競爭力，銷量節節攀升。

小輪徑壓縮機；逆流式冷凝器；同軸管路；導風板結構

隨著目前我國自主品牌車輛快速發展，許多自主品牌汽車已擺脫國內市場的限制，積極到海外市場進行拓展。熱帶尤其是海灣地區環境與國內差距巨大，若國內車輛空調系統不做提升直接應用于海灣熱帶地區，空調系統制冷效果將大大下降。而目前大多出口海灣地區車輛，均與國內車輛為同一平臺，未進行新車型開發，因而空調系統設計存在局限型，無法進行空調系統整體重新匹配開發。因此，如何在保證空調系統現有構架基礎上，對空調系統零部件優化提升，以滿足海灣地區空調制冷性能，成了各大汽車廠商共同研究的課題。本文就從各個方面綜合闡述，對現有空調系統進行優化提升。

1 空調制冷效果差原因分析

沙特、阿曼、巴林等海灣地區國家，處于北回歸線高壓帶，屬于熱帶、亞熱帶沙漠氣候。一年有8個月時間平均氣溫在40 ℃以上，特別是在沙漠地帶，正午時分氣溫可能高達60 ℃。某車型的空調制冷系統是基于國內標準來設計的，前期設計只是初步包含海灣地區的高溫工作環境，以致在空調系統的制冷量選擇偏小，導致車內的溫度高于空調所設定的溫度。國內某車型分別按照海灣工況與國內工況進行環模試驗得出的數據見表1，由數據可以看出，同樣的空調系統，在海灣工況下比國內工況下空調制冷性能要高50 %以上。因此要提升海外空調性能，需要對整車空調系統進行優化，相關零部件做改進，制冷量提升，包括壓縮機結構、冷凝器結構、機艙內部熱平衡性能等［1］，都需要做一些優化。

表1 海灣與國內工況試驗對比

2 制冷系統優化

汽車空調制冷系統主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器、風機及管路與控制部件等組成。空調制冷工作原理如圖1所示。

圖1中，1→2：壓縮機壓縮過程；2→3：冷凝器冷凝過程；3→4：膨脹閥減壓過程；4→1：蒸發器吸熱過程；由圖1可知4→1長度為空調制冷量。

圖1 空調制冷工作原理圖

2.1 壓縮機

空調壓縮機是空調系統的核心部件。空調壓縮機的功能是借助外力（例如發動機動力）維持制冷劑在制冷系統內的循環，吸入來自蒸發器的低溫、低壓的制冷劑蒸氣，壓縮制冷劑蒸氣使其溫度和壓力升高，并將制冷劑蒸氣送往冷凝器，在熱量吸收和釋放的過程中，就實現了熱交換。

方案內容：減小壓縮機皮帶輪直徑，提升同等轉速下壓縮機功率。壓縮機制冷量公式

圖2 壓縮機皮帶輪直徑與制冷量關系

式中：n——發動機轉速；λ——壓縮機與發動機傳動比；q ——單位體積下制冷劑制冷量；V——壓縮機輸氣量。

由公式可知，壓縮機制冷量與傳動系數成正比，通過調節壓縮機傳動比，可在不改變排量基礎上對壓縮機制冷量有較大提升［2］。

圖2為某車型汽車壓縮機皮帶輪直徑與壓縮機制冷量關系圖。由圖可以看出，在保持其他工況不變的情況下，將壓縮機皮帶輪直徑由130 mm減少至110 mm，壓縮機整體制冷量可提升18 % 。

由于在車型開發時空調系統壓縮機排量、壓縮機與發動機布局均已確定，若通過更改壓縮機排量提升壓縮機功率，則壓縮機型號、壓縮機與發動機安裝布局、空調管路布局均需重新設計開發，工作量巨大，開發費用高、周期較長。而采用減小壓縮機皮帶輪直徑的方法，則只需對壓縮機皮帶輪型號進行調整，同時選取對應的傳動皮帶型號，即可實現壓縮機功率提升。

2.2 冷凝器

汽車冷凝器是將從壓縮機送出來的高壓、高溫的冷媒（氣態冷媒）冷卻并液化它。冷凝器通過車輛移動時的空氣流動及冷卻風扇所產生的空氣流動，使冷媒從蒸發器所獲得的熱量釋放。冷凝器結構示意圖及局部放大圖如圖3所示。

改善方案：減少冷凝器扁管厚度，同時增加扁管數量，增大冷凝器熱交換面積，提升散熱效率［3］。冷凝器換熱面積公式

將N帶入則

式中： h——扁管厚度；d——扁管寬度；L——扁管長度；N——扁管數量； D ——扁管總厚度；k——扁管間距； S——散熱器面積。

由公式3可得出，當扁管長度、扁管總厚度、扁管寬度不變情況下，減小扁管厚度，可有效提升散熱面積。圖4所示為某車型冷凝器扁管厚度由2 mm改為1 mm后換熱量對比圖，由圖4中數據可以看出，當冷凝器扁管厚度降低后，冷凝器換熱量提升約15 %。

圖3 冷凝器結構及局部放大圖

圖4 冷凝器扁管厚度與換熱量關系圖

2.3 空調管

汽車空調的各部件分散在汽車的各個部位，由空調管路將這些部件總成連接起來，組成一套完整的汽車空調系統。汽車空調管路一般由鋁管、空調膠管及其他管路附件組成。其中，高壓管為壓縮機到膨脹閥之間的空調管路；低壓管為膨脹閥到壓縮機的空調管路［4］。

由于某車型早期的設計限制，致使冷媒在空調管路中運行時受機艙高溫影響熱損失較為嚴重，尤其在海灣地區，環境溫度過高，發動機機艙某區域溫度將超過100 ℃，導致冷媒冷卻后的溫度回升過快，直接影響了制冷效果。如圖5所示。

圖5 空調管熱量損失示意圖

將現有空調管路結構優化為同軸管路結構，增加空調高低壓管換熱量，降低熱量損失。同軸管結構如圖6所示。將高低壓管結合為一根管路（同軸），通過高低壓管在工作過程中自身的物理特性（蒸發器進出口處溫度差大）相互傳遞能量，起到節能、提高制冷性能的作用。

圖6 空調同軸管結構原理圖2.4 導風板

2.4 導風板

怠速工況下，冷凝器前端存在兩股較大回流，由于回流導致溫度較高（一般超過80 ℃），影響了散熱器的散熱效果。為了提升空調冷凝器的散熱效果，同時減少機艙內部空氣的熱回流，對現生產車型的機艙前部增加左右2塊導風板。如圖7所示。

在相同功耗情況下，冷凝器比之前的散熱效果提升18 %，同時避免了熱流竄動對散熱器的影響［5］。增加導風板前后的散熱提升效果如圖8所示，增加導風板前后環模試驗的機艙內熱回流成像圖如圖9所示。通過數據對比可以看出，隨著風流速的增大，增加導風板的散熱效果有顯著提升。

圖7 導風板位置

圖8 導風板散熱提升效果

圖9 機艙內熱回流成像圖

3 結語

針對各影響點進行理論計算及試驗數據分析，對壓縮機、冷凝器、空調管路、導風板等進行改進優化。通過減小壓縮機皮帶輪直徑來增加壓縮機單位時間制冷量，增大冷凝器熱交換面積來增加換熱量，使用同軸管來減少低溫損失，使用導風板來避免熱流竄動等方案進行提升優化［6］。表5為此次改進前后的效果提升數據對比，根據對樣件裝車的數據結果分析，測試結果達到了技術標準要求，同時滿足在海灣地區市場需求，大大提高整車空調性能水平。最終通過以上這些方案驗證和實施，車輛空調制冷效果明顯提升，該車型得到市場的認可，在海灣國家銷量節節攀升。

表5 改進前后數據對比

［1］QC/T 657-2000，汽車空調制冷裝置試驗方法［S］.

［2］Q/JLY J7110418 A-2011，汽車空調管路總成技術條件［S］.

［3］王若平.汽車空調［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［4］孫任云，付百學.汽車電器與電子技術［M］. 北京：機械工業出版社，2009.

［5］丁國良，張春路.制冷空調裝置仿真與優化［M］. 北京：科學出版社，2001.

［6］闕雄才，陳江平.汽車空調使用技術［M］. 北京：機械工業出版社，2003.

（編輯 凌 波）

The Performance Analysis and Improving of Air-Conditioning System on An Export Vehicle Model

ZHOU Si-lin， HE Lin-jun， YU He-long， SHENG Wei-qi
（Zhejiang Geely Automobile Co.， Ltd.， Ningbo 315800， China）

The paper describes how to improve the performance of air-conditioning system on a domestic-produced vehicle. Through improving compressor gear ratio， increasing counter-current condensers， optimizing tube structure and reducing the hot reflux in the engine room， the A/C performance is raised up to 28 %， which strengthen the competitiveness of this car in foreign market and boots the sale.

small compressor wheel diameter; counter-current condenser; coaxial piping; wind deflector

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0075-03

2016-10-08；2017-04-17

周思林（1984-），男，工程師，主要從事新能源汽車電氣開發、設計工作。