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1、4 02008-4城市车辆综 述汽车空调能为汽车所有乘员提供 舒适的气候环境， 创造合适的氛围以 降低司机和乘员的紧张和疲劳， 增加 行车安全性， 所以汽车空调技术正成 为提高汽车市场竞争能力的重要手段 之一。汽车空调性能的好坏主要由2 个因素决定 ： 空调系统本身的制冷性 能；汽车车体的隔热保温性能。 提升汽车空调性能的有效途径 是合理选配压缩机、提高换热器换 热量、加强车体隔热保温。1 压缩机合理选配汽车空调压缩机是汽车制冷系 统的心脏，是推动制冷剂在制冷系 统中不断循环的动力源，压缩机的 合理选配对整车空调系统性能影响 是非常重要的。 压缩机选型第一步是计算车辆 的空调热负荷，并根据此计
2、算结果 进行初步选型，选型原则是在压缩 机常用转速下压缩机制冷量不得低 于空调系统设计制冷量，输入功率 不得超过设计规定值，制冷循环系 数C O P 值大于2 。大中型柴油客车 的常用压缩机转速一般是 1 8 0 0 2 0 0 0 r p m , 汽油客车的常用压缩机转 速是2 0 0 0 2 5 0 0 r p m 。 在非独立式汽车空调系统中， 由主发动机通过皮带驱动压缩机， 利用离合器的结合与脱离控制空调 系统的制冷，在匹配压缩机时，必 须确定皮带传动系统合理的传动比， 传动比过小，低速时压缩机输出制 冷量不足，无法发挥空调系统的效 能， 制冷效果不佳；传动比过大， 制 冷量会有所提高
3、，但压缩机消耗主 发动机的动力将增加， 燃油经济性、 整车动力性降低，压缩机可能始终 在高速状态下工作，特别是在发动提升汽车空调性能的有效途径臧飞燕机高速运转时可能导致压缩机超过 极限范围，所以压缩机的匹配原则 是保证发动机常用转速时压缩机的 制冷量和能耗比都在比较高的范围 内。低速状态时有较大的制冷能力 和较高的能耗比；高速运行时输入 功率低，同时兼顾考虑在发动机高 速运转时不会超过压缩机安全限值。 由于车辆采用的发动机存在差 异，柴油机最高转速一般不超过 3 0 0 0 r p m ，汽油机最高转速一般在 5 0 0 0 r p m 以上。采用同样的压缩机 传动比，则会出现制冷量输出特性
4、的差异， 见图1 ， 表现为高速发动机 车辆制冷好，低速发动机车辆制冷 不足。对于同一发动机采用不同传 动比时空调的制冷量输出持性也呈 不同的规律， 见图2 ， 所以应该根据 不同的车型确定合适的传动比。一 般情况下，柴油和汽油旅游客车的 压缩机传动比约等于1 ， 汽油发动机 的城市公交车辆由于车速慢和起停 频繁，传动比一般在1 . 2 5 左右。2 提高换热器换热量冷凝器和蒸发器是空调系统中 2 个重要的部件， 它们的作用是实现 不同温度流体之间的热量交换，通 常又称为换热器。换热器的换热量 与其本身的换热能力和通风效果有 关。 换热能力由换热器本身的结构、尺寸、材料和工艺等决定；通风效 果
5、则与风机的通风能力、换热器的 安放位置等有关。提高换热器换热 量的有以下途径。 2 . 1 换热器采用管带式结构 与管片式相比，管带式采用多 孔扁管，其水力直径小，在椭圆扁 管和圆管的截面积相等条件下，椭 圆扁管内制冷剂的湿润周长比圆管 大，传热面积大，热阻小，管内换 热量提高 ； 同时扁管的迎风面积小， 流形有利，气流性能好，背风面涡 流区小，在相同的风速下，管外侧 的表面传热系数大于圆管，而流动 阻力却降低。一般管带式的换热能 力比管片式提高1 5 % 左右。管带式 冷凝器经历了蛇形、鳍片式和平流 式的发展过程，平流式冷凝器已成 为目前最常用的结构形式。在同样 的迎风面积下，平流式冷凝器的
6、换 热能力比蛇形管带式提高 3 0 %以 上，空气侧阻力基本保持不变，制 冷剂侧流动阻力却减到 2 0 % 3 0 % 左右。 2 . 2 强化空气侧传热 对于风冷式换热器，空气侧热 阻约占总热阻的7 0 % 。因而强化空 气侧的换热能力，是提高风冷式换 热器性能的关键之一。为了强化空 气侧的换热，一方面是在换热管壁技术与研究4 12008-4城市车辆上加肋， 以增加空气侧的传热面积 ； 另一方面采取强制通风的方法，合 理选择风机。 目前肋结构运用最广泛的是冲 缝百叶窗翅片。百叶窗翅片是用很 薄的铝片， 等距离冲出百叶窗窄条， 并扭转一定的角度， 采用2 组相对扭 转， 见图3 ， 这样百叶窗
7、翅片使得空 气流动偏离原有方向，而与百叶窗 平面方向一致，其作用是破坏了翅 片上边界层的增长，减小流动边界 层，使得空气流动类似于多层平板 的层流流动， 达到强化传热的目的， 与没有开缝的翅片相比，空气侧传 热系数提高3 倍以上。 翅片厚度在换 热性能上以薄为好，但太薄在生产 时易损坏变形，所以目前常用规格 在0 . 1 5 m m 左右。蒸发器表面的热 交换是干湿工况交替的，其翅片间 距应该慎重考虑。减小翅片间距可 以达到减小水力直径、提高表面传 热系数和提高单位体积传热面积等 目的，但间距太小会使得蒸发器表 面容易形成凝结水，过多的凝结水 如不能及时有效排除，会产生水膜 热阻，使表面传热系
8、数降低，从而 影响到蒸发器的换热能力；间距过 大则浪费空间， 减少有效换热面积， 所以蒸发器翅片间距大小一般在 2 2 . 5 m m 之间调节。 选择具有合适风量和风压的风 机，对于汽车空调系统性能的提升 也至关重要。风量和风压大了，会 浪费汽车上有限的能源；风量和风 压小了，则会引起冷凝效果不良和制冷量不足等现象。冷凝器风机一 般采用轴流风机，排风式结构，气 流进入和离开风机叶轮时的方向都 和风机转轴方向平行，如果在每一 个叶轮径向位置上把叶片的截面偏 转一个角度，将有效提高风量、降 低风压。蒸发器风机一般采用离心 风机，吸风式结构，将车厢内空气 吸出， 强制气流流过蒸发器空气侧， 把液态
9、制冷剂蒸发时产生的冷量带 入车厢。蒸发器风机的风压相对于 冷凝器的要高，主要是其需要克服 蒸发器芯体和风道内的空气流动阻 力。 对中、 小巴来说， 系统简单， 管 道较短， 风压一般在1 0 0 2 0 0 P a 之 间， 对大巴来说， 系统相对复杂， 管 道也较长，风压一般在4 0 0 5 0 0 P a 之间， 确保每个出风口风速平均， 速 度差在1 m / s 之内；蒸发器风机的风 量与蒸发器制冷量有关，对制冷量 为3 0 k W 的蒸发器，风机风量一般 为5 0 0 0 6 0 0 0 m3/ h 。2 . 3 强化制冷剂侧传热 对于风冷式换热器，管内侧热 阻约占总热阻的2 0 %
10、。一般换热管 的管子都是光滑平管，如果在光管 内表面加工出许多细微的内翅片， 它与光管相比，改善了制冷剂的流 动方向，不仅提高了管子的承压能 力， 而且增加了制冷剂传热面积， 可 使管内侧传热系数提高1 . 5 2 倍。3 加强车体隔热保温车体的隔热保温对空调效果有 一定的影响，但车体隔热方案应根 据车体不同的部位指定不同的方案。 以1 0 m 客车为例，应在说明书中介 绍不同部位如何加强车体隔热保温。 3 . 1 车身前后围、左右侧围和顶盖 的隔热车身前后围、左右侧围和顶盖 直接承受太阳和外界气流的影响，是车身围护结构的最大传热面积， 约占整车的4 / 5 ， 其隔热保温效果对汽车空调性能影
11、响极大。这些部位 的隔热是在外蒙皮内侧表面喷涂聚 胺酯发泡层，由聚胺酯发泡层和内 蒙皮一起承担隔热保温任务，加强 这些部位隔热的有效途径是增加聚 胺酯发泡层厚度。在同等测试条件 下，发泡层厚度为4 0 m m 的车内温 降比发泡层厚度为1 5 m m 的低5 。 3 . 2 车窗的隔热 车窗玻璃隔热保温的性能极 差，车厢热负荷有近1 / 3 是由于玻 璃而增加的, 改变玻璃材质及采用 合适的遮阳措施，可以大大地降低 车身热负荷。试验结果表明，采用 热反射玻璃窗的客车，在同等测试 条件下，车内气温比采用普通玻璃 窗低6 左右。 3 . 3 发动机舱的隔热 发动机是空调汽车的重要热源， 无论是前置
12、或后置发动机，一方面 对于发动机舱与车内直接相连的部 分要采取有效的密封及隔热降噪措 施，另一方面是保证发动机有良好 的散热通道，使其散发出的热量能 尽快地释放到车外，最大限度地减 少发动机舱内的热空气进入车厢内。 除了以上三大重要部分的隔 热，同时还需兼顾考虑车门、地板 和空调风道的隔热保温。4 结束语由上所述，提升汽车空调性能 的有效途径主要有压缩机合理选配、 提高换热器换热量和加强车体隔热 保温等手段。汽车空调性能的提升 总是围绕上述几方面进行的，但上 述措施有时也会带来负面的影响， 如换热器换热量设计过大，会增加 成本并导致制冷剂侧流动阻力过大， 反而会降低整个系统换热效果；加强车体的隔热会增加车辆的成本， 所以在实际运用中，应该根据不同的车型权衡利弊、综合考虑，找到 最佳方案。技术与研究
