空調系統冷凍油循環率對制冷性能影響的試驗研究

秦 紅

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

空調系統冷凍油循環率對制冷性能影響的試驗研究

秦 紅

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

針對空調系統在不同工況下的不同含油率，通過臺架試驗進行分析，提出系統最佳含油率的范圍。

汽車空調系統；含油率；臺架實車管路實驗；制冷效果

汽車空調系統的核心部件有壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，由其組成的空調系統來滿足車內駕乘人員的舒適性要求。壓縮機是整個系統的“心臟”，由其提供系統循環的動力，壓縮機的工作狀態直接決定了整個空調系統的運行。不論何種形式的壓縮機，其內部均是由各種運動部件構成，在運動過程中形成容積不斷變化的封閉腔體，以達到吸收低壓制冷劑將其壓縮成高壓制冷劑的目的。在此過程中不僅僅需要有冷凍油為其潤滑，帶走由于摩擦產生的熱量，同時也依靠冷凍油密封各部件的間隙，若冷凍油不足將導致各部件之間“串氣”，不能達到設計壓差，降低系統制冷效果，但空調系統在正常工作時，冷凍油不僅僅存在于壓縮機內部，其將隨著制冷劑的流動充斥在整個空調系統內部各個部件中。對于冷凝器及蒸發器這2個換熱器來講，冷凍油的存在將導致其制冷劑側的換熱能力降低，所以選取既能保證壓縮機正常工作，同時又對換熱芯體能力影響最低的冷凍油加注量至關重要，而表征冷凍油加注量的重要指標就是系統冷凍油循環率。本文通過長城汽車某車型空調系統在開發過程中的臺架試驗對空調系統冷凍油循環率進行分析研究，從其對空調系統換熱量的影響方面提出最佳含油率的范圍。

1 試驗模型及試驗原理

1.1 試驗模型

為了真實反應出實車上空調系統的表現，本試驗采用臺架實車管路試驗，完全模擬實車裝配狀態，將壓縮機、冷凝器、HVAC總成以及管路按實車各零部件布置方位進行安裝。試驗臺電動機為壓縮機提供動力，試驗臺風洞采集HVAC總成和冷凝器換熱量。在管路中間加裝特制制冷劑采集裝置，用以測試系統冷凍油循環率。臺架實車管路試驗模型如圖1所示，制冷劑采集裝置如圖2所示。

圖1 臺架實車管路試驗模型

1.2 冷凍油循環率

在空調系統運轉過程中，冷凍油與制冷劑、冷凍油混合物的質量百分比，稱為冷凍油循環率（ Oil Circle Rate，簡稱OCR）。通過制冷劑采集系統，采集并計算系統OCR。

1.3 試驗原理

將某車型空調系統的壓縮機（變排量）、冷凝器（4流程）、膨脹閥（H型）、HVAC總成（4流程蒸發器）用實車使用的管路連接起來，在壓縮機中加入不同量的冷凍油，測量冷凍油循環率，并分別在不同的冷凍油循環率下測試系統在各種復雜變化工況下的制冷性能，從而得出最佳冷凍油循環率。

圖2 臺架實車管路試驗中的制冷劑采集系統

2 臺架試驗過程

2.1 冷凍油循環率工況

在試驗系統中加入不同量的冷凍油，并測試其OCR值，具體測試數據見表1。

表1 冷凍油循環率測試數據

2.2 臺架試驗工況

為了更準確地體現出在不同OCR對空調系統的換熱量影響，選取了4個工況進行驗證，包含高負荷高轉速、高負荷低轉速、低負荷高轉速和低負荷低轉速。具體條件見表2。

表2 臺架實車管路試驗條件

2.3 臺架實車管路試驗結果

在不同含油率下，各工況的臺架實車管路試驗結果見表3。

表3 臺架實車管路試驗數據

為了便于數據趨勢分析，采用換熱量變化率v進行比較。換熱量變化率為兩相鄰工況換熱量的差值，占前工況換熱量的百分比，即

式中：v——換熱量變化率；Q1——前工況換熱量；Q1——后工況換熱量。

2.4 高負荷低轉速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調系統高負荷低轉速換熱量變化，具體變化率見表4，變化曲線如圖3所示。

表4 高負荷低轉速工況數據

圖3 高負荷低轉速換熱量變化趨勢

通過圖3可知，在高負荷低轉速工況下，此空調系統OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.96 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降1.86 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

2.5 高負荷高轉速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調系統高負荷高轉速換熱量變化，具體變化率見表5，變化曲線如圖4所示。

表5 高負荷高轉速工況數據

圖4 高負荷高轉速換熱量變化趨勢

通過圖4可知，在高負荷高轉速工況下，此空調系統OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長1.63 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.52 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。2.6 低負荷低轉速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調系統低負荷低轉速換熱量變化，具體變化率見表6，變化曲線如圖5所示。

表6 低負荷低轉速工況數據

圖5 低負荷低轉速換熱量變化趨勢

通過圖5可知，在低負荷低轉速工況下，此空調系統OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.37 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.81 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

2.7 低負荷高轉速換熱量變化趨勢分析

在不同OCR下，分析此空調系統低負荷高轉速換熱量變化，具體變化率見表7，變化曲線如圖6所示。

表7 低負荷高轉速工況數據

圖6 低負荷高轉速換熱量變化趨勢

通過圖6可知，在低負荷低轉速工況下，此空調系統OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢，增長0.41 %。OCR=7.87時，換熱量比OCR=4.72工況下降4.44 %；OCR由4.72上升到7.87，換熱量變化率＜5 %。

3 結論

通過對長城汽車某車型空調系統在臺架實車管路試驗臺進行的試驗分析可知：OCR在4.72 %～6.56 %內，換熱量呈上升趨勢，同時OCR在4.72 %～7.87 %范圍內，換熱量變化率＜5 %。因此，空調系統冷凍油循環率OCR在4.72 %～7.87 %時，系統制冷效果最佳。日后在汽車空調系統開發過程中，可以借鑒此結論來選取系統最佳冷凍油加注量。

［1］長城汽車股份有限公司空調事業部.臺架實車管路試驗搭建規范［Z］.

［2］長城汽車股份有限公司空調事業部.空調系統性能試驗標準［Z］.

（編輯 楊 景）

Research of the Effect of Compressor Oil Circulation Rate on A/C Cooling Performance

QIN Hong
(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, Baoding 071000, China)

Based on the compressor oil rate of A/C under different working conditions, an analysis through experiment platform test is conducted and then a system optimal oil rate is proposed.

automotive A/C; oil rate; experiment platform; cooling performance

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0078-03

2016-10-24；

2016-12-17

秦紅（1981-）女，河北保定人，工程師，主要從事汽車空調系統的設計開發工作。