空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率對(duì)制冷性能影響的試驗(yàn)研究

秦 紅

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

空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率對(duì)制冷性能影響的試驗(yàn)研究

秦 紅

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

針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)在不同工況下的不同含油率，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行分析，提出系統(tǒng)最佳含油率的范圍。

汽車空調(diào)系統(tǒng)；含油率；臺(tái)架實(shí)車管路實(shí)驗(yàn)；制冷效果

汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件有壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，由其組成的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)滿足車內(nèi)駕乘人員的舒適性要求。壓縮機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，由其提供系統(tǒng)循環(huán)的動(dòng)力，壓縮機(jī)的工作狀態(tài)直接決定了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。不論何種形式的壓縮機(jī)，其內(nèi)部均是由各種運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成容積不斷變化的封閉腔體，以達(dá)到吸收低壓制冷劑將其壓縮成高壓制冷劑的目的。在此過(guò)程中不僅僅需要有冷凍油為其潤(rùn)滑，帶走由于摩擦產(chǎn)生的熱量，同時(shí)也依靠冷凍油密封各部件的間隙，若冷凍油不足將導(dǎo)致各部件之間“串氣”，不能達(dá)到設(shè)計(jì)壓差，降低系統(tǒng)制冷效果，但空調(diào)系統(tǒng)在正常工作時(shí)，冷凍油不僅僅存在于壓縮機(jī)內(nèi)部，其將隨著制冷劑的流動(dòng)充斥在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部件中。對(duì)于冷凝器及蒸發(fā)器這2個(gè)換熱器來(lái)講，冷凍油的存在將導(dǎo)致其制冷劑側(cè)的換熱能力降低，所以選取既能保證壓縮機(jī)正常工作，同時(shí)又對(duì)換熱芯體能力影響最低的冷凍油加注量至關(guān)重要，而表征冷凍油加注量的重要指標(biāo)就是系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率。本文通過(guò)長(zhǎng)城汽車某車型空調(diào)系統(tǒng)在開發(fā)過(guò)程中的臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率進(jìn)行分析研究，從其對(duì)空調(diào)系統(tǒng)換熱量的影響方面提出最佳含油率的范圍。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸囼?yàn)原理

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

為了真實(shí)反應(yīng)出實(shí)車上空調(diào)系統(tǒng)的表現(xiàn)，本試驗(yàn)采用臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)，完全模擬實(shí)車裝配狀態(tài)，將壓縮機(jī)、冷凝器、HVAC總成以及管路按實(shí)車各零部件布置方位進(jìn)行安裝。試驗(yàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)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(cè)試系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率。臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示，制冷劑采集裝置如圖2所示。

圖1 臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1.2 冷凍油循環(huán)率

在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，冷凍油與制冷劑、冷凍油混合物的質(zhì)量百分比，稱為冷凍油循環(huán)率（ Oil Circle Rate，簡(jiǎn)稱OCR）。通過(guò)制冷劑采集系統(tǒng)，采集并計(jì)算系統(tǒng)OCR。

1.3 試驗(yàn)原理

將某車型空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)（變排量）、冷凝器（4流程）、膨脹閥（H型）、HVAC總成（4流程蒸發(fā)器）用實(shí)車使用的管路連接起來(lái)，在壓縮機(jī)中加入不同量的冷凍油，測(cè)量冷凍油循環(huán)率，并分別在不同的冷凍油循環(huán)率下測(cè)試系統(tǒng)在各種復(fù)雜變化工況下的制冷性能，從而得出最佳冷凍油循環(huán)率。

圖2 臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)中的制冷劑采集系統(tǒng)

2 臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程

2.1 冷凍油循環(huán)率工況

在試驗(yàn)系統(tǒng)中加入不同量的冷凍油，并測(cè)試其OCR值，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 冷凍油循環(huán)率測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 臺(tái)架試驗(yàn)工況

為了更準(zhǔn)確地體現(xiàn)出在不同OCR對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的換熱量影響，選取了4個(gè)工況進(jìn)行驗(yàn)證，包含高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷高轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速。具體條件見表2。

表2 臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)條件

2.3 臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)結(jié)果

在不同含油率下，各工況的臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了便于數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，采用換熱量變化率v進(jìn)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(fù)荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)高負(fù)荷低轉(zhuǎn)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(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖3 高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)

通過(guò)圖3可知，在高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)0.96 %。OCR=7.87時(shí)，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(fù)荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)高負(fù)荷高轉(zhuǎn)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(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖4 高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)

通過(guò)圖4可知，在高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)1.63 %。OCR=7.87時(shí)，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(fù)荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷低轉(zhuǎn)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(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖5 低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)

通過(guò)圖5可知，在低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)0.37 %。OCR=7.87時(shí)，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(fù)荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)分析

在不同OCR下，分析此空調(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷高轉(zhuǎn)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(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況數(shù)據(jù)

圖6 低負(fù)荷高轉(zhuǎn)速換熱量變化趨勢(shì)

通過(guò)圖6可知，在低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下，此空調(diào)系統(tǒng)OCR由4.72上升到6.56，換熱量成上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)0.41 %。OCR=7.87時(shí)，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(jié)論

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)城汽車某車型空調(diào)系統(tǒng)在臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的試驗(yàn)分析可知：OCR在4.72 %～6.56 %內(nèi)，換熱量呈上升趨勢(shì)，同時(shí)OCR在4.72 %～7.87 %范圍內(nèi)，換熱量變化率＜5 %。因此，空調(diào)系統(tǒng)冷凍油循環(huán)率OCR在4.72 %～7.87 %時(shí)，系統(tǒng)制冷效果最佳。日后在汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，可以借鑒此結(jié)論來(lái)選取系統(tǒng)最佳冷凍油加注量。

［1］長(zhǎng)城汽車股份有限公司空調(diào)事業(yè)部.臺(tái)架實(shí)車管路試驗(yàn)搭建規(guī)范［Z］.

［2］長(zhǎng)城汽車股份有限公司空調(diào)事業(yè)部.空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［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(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。