中型客車空調系統的研究

摘要：隨著人們生活水平的提高和汽車工業以及現代高科技和電子技術的發展，人們對外出乘車時的舒適性要求越來越高。客車空調系統的弊端有：操作復雜、準確度低和噪聲大等，逐漸成為影響客車舒適度的重點問題，所以客車空調實現自動化和智能化的提高已經變得十分迫切。關鍵詞：客車空調系統;舒適度;模糊控制;噪聲中圖分類號：U461 文獻標示碼：A

0引言

世界空調技術的快速發展，帶動了我國空調系統的研究進程。目前，美國生產的客車12%裝備了自動空調系統，有82%的客車裝備了手動空調系統，智能化和自動化無疑是目前發展的重點。反觀國內，汽車空調生產如何走上專業化、規模化的經營之路，將成為我國未來幾年汽車空調業迫切需要解決的問題。

1客車空調系統的功能與工作原理

1.1空調系統的功能介紹

調節車內溫度是汽車空調的基本功能，汽車空調在冬季利用其采暖裝置升高車室內的溫度，在夏季由制冷裝置完成車內降溫工作。普通汽車空調一般不具有調節車內濕度的功能，只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調器，才能對車內的濕度進行適量的調節。由于車內空間小，乘員密度大，車內極易出現缺氧和二氧化碳濃度過高的情況，因此必須要求汽車空調具有補充車外新鮮空氣，過濾和凈化車內空氣的功能^[1]。

1.2客車空調的制冷過程和采暖裝置

客車空調制冷系統由壓縮機、膨脹閥、冷凝器、蒸發器和鼓風機等組成。其工作循環的過程包括壓縮過程、散熱過程、節流過程和吸熱過程。這4個循環過程周而復始的進行，達到降低蒸發器周圍空氣溫度的目的。

客車空調的取暖系統分為余熱式取暖系統和獨式熱源取暖系統。大中型客車上通常用的是獨立熱源水暖裝置，水加熱器的最大優點就是不僅可作為車廂取暖之用，而且可以預熱發動機、潤滑油和蓄電池，便于冬季發動機起動。

2中型客車空調系統的計算

2.1壓縮機及其排量的選擇

壓縮機是空調系統的“心臟”。目前空調系統所使用的壓縮機均為容積式制冷壓縮機，主要分為曲軸連桿式、斜盤式和渦旋式等，壓縮機排量L與蒸發器產冷量口，以及壓縮機轉速n之間的關系式。

式中v“為壓縮機吸氣口處制冷劑蒸氣比容;n為壓縮機轉速;x為蒸發器出口處制冷劑的干度;y為制冷劑在相應蒸發溫度下的氣化潛熱。當蒸發器產冷量確定后，壓縮機的排量僅與其轉速有關，兩者成反比。如果把壓縮機的排量選擇增大，使所需的轉速較低，那么壓縮機將始終在超過所需轉速上工作，其結果是蒸發溫度經常降低到0℃以下，使防霜開關頻繁進行工作，這樣容易損壞機件。如果排量選小了，使所需的額定轉速太高，在發動機怠速運轉時，壓縮機轉速過低，制冷量嚴重不足，而且在車速很高時，壓縮機轉速將超過極限，容易損壞壓縮機^[2]。

2.2冷凝器的選擇

冷凝器設計合理是提高空調制冷能效比的一個重要環節。有試驗表明：在相同的迎風面積下，平行流結構比管帶式的換熱能力提高了38%，制冷劑側流動阻力降低了70%，質量減輕了30%。平行流冷凝器具有空氣側和制冷劑側的壓力損失小、換熱系數高、所占空間小、質量輕且制冷劑充注量少、冷凝溫度和壓力相對較低等優點。但其結構特點使得其焊縫長、焊接點多，在大客車上使用的大尺寸芯體可靠性及耐沖擊性還需要進一步驗證^[3]。

2.3蒸發器的選擇

蒸發器作為空調系統中直接產生冷量的部件，決定著空調的實際制冷效果。蒸發器的任務是將膨脹閥降壓后的低溫、低壓液態制冷劑氣化，吸收車內空氣的熱量并凝結咸水蒸氣，空氣通過蒸發器時，熱量被蒸發器中的制冷劑帶走，實現對空氣的降溫或除濕。作為換熱器，銅管鋁片式蒸發器的制作和銅管鋁片式冷凝器基本相同，其差別是蒸發器的翅片表面采用親水處理。經過親水處理的翅片能使水蒸氣凝結時形成極薄的水膜，避免因形成水珠增加風阻，從而提高換熱能力及壽命。

3模糊控制在空調控制器中的應用

為了使汽車空調系統能正常工作，維持車室內所需的舒適性條件，汽車空調系統中需要有一系列控制元件和調節執行裝置。在實際生產過程中，有經驗的操作人員，雖然不懂被控對象或被控過程的數學模型，卻能憑借經驗采取相應的決策，很好的完成控制過程。這里人的經驗可以用一系列具有模糊性的語言來表達，這就是模糊條件語句。再用模糊推理對系統的實時輸入狀態觀測量進行處理，則可產生相應的控制決策，這就是模糊控制^[4]。所以模糊化在智能控制中越來越引起人們的關注。

4中型客車空調系統的噪聲分析

按照聲源不同，噪聲可以分為機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁性噪聲。機械噪聲主要是由于固體震動而產生的，在機械運轉中，由于機械撞擊、摩擦、交變的機械應力以及運轉中因動力不平均等原因，使機械的金屬板、齒輪與軸承等發生震動，從而產生機械噪聲。空調系統按照聲源的不同，系統噪聲可分為氣體噪聲、固體噪聲以及液體噪聲，從整車結構上將空調系統噪聲分為前艙噪聲和室內噪聲2種。

4.1空調系統前艙噪聲

空調系統前艙噪聲主要由壓縮機噪聲、冷卻模塊與管路震動哚聲以及冷媒流動噪聲幾個部分組成。而對空調出現的噪音影響最大部分為：壓縮機單件、空調系統匹配、壓縮機與發動機的裝配^[5]。

4.2空調系統室內噪聲

由于客車室內空間是一個密閉的空間，室內的噪音來源不僅有來自室外及客車機械系統產生的，還有自己內部的噪聲，例如：鼓風機單體噪聲、內部風道、風門和內部結構產生的噪音。

5降低客車空調系統的噪聲

為降低中型客車空調系統的噪聲，除了在低壓管上增加膠管和消聲器外，在高低壓管冷凝器固定點處增加橡膠減振墊。由于蒸發器氣流不均勻，出現有些區域風速大，有些區域風速小，甚至有些區域沒有風流過。這會導致蒸發器部分區域得不到有效利用，蒸發器換熱效果差和易結霜，同時容易造成局部風速過大、風量不均勻引起壓迫噪聲，與設計目標不符。為了使蒸發器迎風面壓力梯度小，且氣流最大限度流過蒸發器，需要對殼體進行修改，把蒸發器一側殼體型線修改成階梯狀，這樣會使氣流順著階梯逐步流向蒸發器迎風面。氣流均勻分布在蒸發器流場上，提高蒸發器換熱效率，減少風道局部壓力過高，從而降低風道噪聲^[6]。

【參考文獻】

[1]凌永成，趙海波.汽車工程概論[M].清華大學出版社.2005.

[2]楊亞利.純電動客車空調系統的優化設計[J].2009.

[3]梁曉娟，申福林.客車技術與研究[J].2004.

[4]余永權.模糊控制技術與模糊家用電器.北京航空航天大學出版社[M].2000.

[5]方貴銀，李輝.汽車空調技術.北京機械工業出版社[M].2002.

[6]夏云鏵，袁銀男.客車空調結構與維修.北京機械工業出版社[J].2011.