汽車空調制冷改善方案的道路試驗研究

陳涌填，林養全，黃冠鑫，陳星龍

（廣汽研究院，廣東 廣州 511434）

隨著中國汽車工業的發展，自主品牌汽車正逐步走向世界，各車企紛紛進軍海外市場。面向不同的市場，車輛在設計上需要針對不同的環境進行相應的設計調整。汽車在極高溫條件下使用時，空調制冷效果下降明顯。為提升空調制冷效果，本文通過對某車型在極高溫環境空調制冷性能的改善措施研究，提出兩種改善方案，并通過道路試驗確認改善方案的效果。

1 問題提出

某車型在極端高溫條件下，車輛行駛時空調制冷效果較差，在市區工況行駛時尤為明顯，經常出現空調切斷現象。經過對車輛制冷試驗的數據分析，行駛時車輛出風口溫度偏高，且低速行駛或怠速時，空調壓力上升較快，極易因空調壓力過高觸發高壓保護而切斷空調，從而進一步影響制冷效果。為此，需要對該車的空調制冷效果進行改善。

2 改善方案

經過前期的試驗驗證，該車在極端高溫條件下的制冷劑過冷度不大，為改善該車的空調制冷性能，擬在管路上增加一個回熱器，將經過冷凝器后的制冷劑與經過蒸發器的制冷劑在流經回熱器時進行熱交換，增加制冷劑液體的過冷度，改善制冷效果。

回熱循環的示意圖見圖1［1］，lgp-h圖見圖2，1-2-3-4-1循環為理論制冷循環，1′-2′-3′-4′-1′為帶回熱的制冷循環。理論制冷循環中，單位制冷量為：

增加回熱循環后，1-1′和3-3′為回熱器換熱過程，4′-1為蒸發器換熱過程，回熱循環的單位制冷量為：

增加回熱循環后，單位制冷量增加量為：

圖1 回熱循環示意圖

經過對車輛前端模塊的布置進行分析，該車的前端模塊設計了導流板，但導流板與車身之間存在縫隙，試驗過程的冷凝器前空氣溫度變化如圖3，可見冷凝器前空氣溫度在怠速時上升較明顯，判斷前端模塊的熱氣回流現象較嚴重，故對前端模塊與導流板、車身之間的間隙進行密封處理，以減少前端模塊的熱氣回流現象，改善制冷效果，并進行城市工況的道路試驗驗證。前端模塊密封方案示意圖見圖4。

圖2 回熱循環lgp-h圖

圖3 試驗過程冷凝器前空氣溫度變化曲線

圖4 前端模塊密封方案示意圖

3 改善效果道路試驗驗證

3.1 增加回熱器的效果驗證

試驗過程參考QC／T 658的方法，分別在穩定工況 （進行40 min的40 km／h中低速行駛、20 min的100 km／h高速行駛及怠速試驗）及城市工況 （以實際城市工況條件為準）進行空調系統改善效果的道路試驗對比驗證。

增加回熱循環后，穩定工況和城市工況的制冷劑過冷度變化見圖5和圖6。穩定工況行駛時，制冷劑的過冷度在回熱器前為3.5℃，回熱器后為10.8℃，增加回熱循環后過冷度增加了7.3℃；城市工況行駛時，制冷劑的過冷度在回熱器前、后分別為3.3℃和9.6℃，過冷度增加6.3℃，過冷效果明顯。

圖5 回熱器方案穩定工況制冷劑過冷度變化

圖6 回熱器方案城市工況制冷劑過冷度變化

增加回熱器后，車輛在穩定工況行駛和城市工況行駛的頭部溫度和出風口溫度見圖7和圖8。穩定工況行駛時，增加回熱器后，頭部溫度和出風口平均溫度在行駛時分別下降3.4℃和3.2℃，怠速時分別下降2.4℃和2.6℃，降溫效果明顯。

在進行城市工況試驗時，增加回熱器后頭部溫度降低0.4℃，出風口溫度降低0.5℃，改善效果不明顯。

空調高壓、低壓變化曲線見圖9、圖10。由圖可以看出，在增加回熱器后，空調壓力無明顯變化。

由以上數據，增加回熱器后，制冷劑的過冷度明顯增加，在穩定工況行駛時，車內頭部、出風口降溫效果明顯，但在城市工況行駛時，降溫效果不明顯，且車輛空調系統壓力無明顯降低，怠速時空調偶發壓力保護切斷壓縮機的問題無改善效果，因此，低速行駛及怠速時需要有其他改善措施。

圖7 回熱器方案穩定行駛工況頭部和出風口溫度對比

圖8 回熱器方案城市工況頭部和出風口溫度對比

圖9 回熱器方案穩定行駛工況空調壓力對比

圖10 回熱器方案城市行駛工況空調壓力對比

3.2 增加導流板密封的效果驗證

車輛在城市工況行駛時的冷凝器前空氣溫度變化曲線如圖11所示。增加導流密封措施后，城市工況行駛時冷凝器前的空氣溫度平均降低6℃，有效改善了冷凝器的冷卻效果。

車輛對導流板間隙密封后，頭部溫度和出風口溫度變化曲線如圖12所示，頭部溫度平均降低5.5℃，出風口溫度降低4.5℃，制冷效果得到明顯改善。

圖11 導流板密封方案城市工況行駛冷凝器前空氣溫度對比

圖12 導流板密封方案城市工況行駛頭部和出風口溫度對比

圖13 導流板密封方案城市工況行駛空調壓力對比

空調系統壓力變化曲線如圖13所示，高壓壓力明顯下降，平均降低0.4 MPa，在怠速階段因空調壓力降低，解決了空調壓力過高導致的壓縮機切斷問題。

通過以上驗證，前端模塊增加導流板密封措施后，有效降低了低速及怠速時的空調系統壓力，解決了車輛怠速空調切斷的問題，且對制冷效果有較大幅度改善。

4 結論

文章通過在極端高溫條件下對某車型的空調系統的制冷性能進行分析，得出采用增加回熱器以及增加前端模塊導流板間隙密封的改善方案，并通過道路試驗進行對比驗證，結果如下。

1）增加回熱器對穩定行駛時的車輛制冷效果改善明顯，但在城市行駛或怠速工況改善效果有限，且空調系統壓力無明顯變化，從而無法解決空調系統壓力高的問題。

2）增加導流板間隙密封后，可以改善低速及怠速階段的制冷效果，明顯降低空調系統壓力，解決怠速時空調切斷的問題。

通過文章中的某車型的改善方案，在不改動空調系統設計的情況下，通過修改空調管路 （增加回熱器）以及增加導流板間隙密封的措施，可以有效提高汽車空調系統的制冷性能并解決怠速空調壓力高的問題，為汽車空調的改善設計提供重要的參考。

（編輯 章 子）