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1、 变环境变环境条件下汽车空调制冷实验的探讨条件下汽车空调制冷实验的探讨 许国权 张华俊 (泛亚汽车技术中心有限公司 西安交通大学能动学院) 摘摘 要要：通过某国产轿车空调的环境模拟实验，依据某企业环境模拟试验标准,讨论在制冷工况下,影响轿车空调的诸多因素.对空调设计和改进提供一定的参考. 关键词关键词: : 轿车空调 环境模拟 制冷工况 变车速 DISCAITION ON REFRIGERATION EFFICIENCY OF AUTOMOBILE BY EXPERIMENTS WITH VARIABLE ENVIROMENTAL CONDITIONS Abstract:through the
2、 air conditioning test of simulation for automobile ,adopt exergy analyse and research on the performance and efficiency. Preliminarily discuss the kinds of the energy effects on the cab to calculate the heat transfering from the engine. Using theory of airflow organization to value the temperature
3、field in the compartment with the various test condition Keywords: exergy analyse, heat source, exergy efficiency, quantity of heat, air current distribution 0.引言 汽车空调舒适性对于汽车的总体性能有着重要的影响,作为产品竞争力的体现已越来越被国内外所重视研究.环境模拟试验对于汽车空调整车性能评价已成为一种主要有效的研究方式.其有模拟不同的外界环境工况快速的定位和评价产品各部件的性能匹配的优势,但因造价昂贵所以一定程度限制了其使用范围.
4、 本文针对在环境模拟试验室变试验环境的条件下(变风速,变车速,变温度),讨论了对空调性能影响. 1 实验标准与实验条件 1.1.实验标准: 本文依据某企业标准：轿车空调最佳制冷性能实验（全球标准） 1.1.1.试验环境： 环境温度：381；相对湿度：40；太阳负荷：1000w/m2 1.1.2.预浸润与浸润阶段： 本阶段是使被试轿车浸润在一定的环境中，使之整体温度均匀（车窗，车门，内室等）后将车内环境温度升至试验前最恶劣的情况。 预浸润：风速 50km/h，持续时间 30min，发动机怠速，日照关，空调风机中档，车窗摇下。 浸润：风速 5km/h，发动机关，太阳日照开，车窗关闭，持续时间50m
5、in。 1.1.3.试验阶段 考验轿车在变风速以及变车速的条件下的空调最大的制冷能力，以及切换新风门对室内温度的影响。如图 1 风速，车速从 0-20-40-80-110-0km/h 的变化，新风风门由 P/R（内循环）OSA（OUTSIDE AIR 外循环）模式切换 图 1 变环境条件（风速、车速及切换新风门）对室内温度的影响 1.2.实验条件： 本实验在华东某汽车空调环境模拟实验室进行，本实验台可进行制冷制热实验（环境温 度：40至 60） ，最大实验风速 130km/h。可采集温度，流量，压力，电压电流，风速等 非电测量。 表 1 列出了企标试验的主要采集参数（乘员座位温度，系统高低压等
6、） 表 1 企标试验的主要采集参数 2 实验数据分析 2.1.实验数据： （本文所测压力数据均为表压） g 型国产商务车（3 排座） ，发动机排量：3.2L， 车重净 3 吨左右，车身白色 01020304050600204060801001200:00:200:08:000:15:400:23:200:31:000:38:400:46:200:54:001:01:401:09:201:17:001:24:401:32:201:40:001:47:401:55:202:03:002:10:402:18:202:26:002:33:402:41:202:49:00温度车速（km/h）时间转鼓 速
7、度T39- 前左 出风 口温 度T41- 前中 左出 风口 温度T42- 前中 右出 风口 温度图 2 前后板各出风温度 00.511.522.533.50204060801001200:00:200:09:500:19:200:28:500:38:200:47:500:57:201:06:501:16:201:25:501:35:201:44:501:54:202:03:502:13:202:22:502:32:202:41:502:51:20压力（MPa）车速时间转鼓速度前蒸发器出 口压力后蒸发器出 口压力后蒸发器进 口压力前蒸发器进 口压力图 3 系统高低压 01020304050600
8、204060801001200:00:200:12:400:25:000:37:200:49:401:02:001:14:201:26:401:39:001:51:202:03:402:16:002:28:202:40:402:53:00温度（）车速（km/h）时间转鼓速 度T16-后 左出风 口温度T17-后 中左出 风口温 度T18-后 中右出 风口温 度T19-后 右出风 口温度图 4 后排乘员空调出风口温度 01020304050600204060801001200:00:200:10:200:20:200:30:200:40:200:50:201:00:201:10:201:20:2
9、01:30:201:40:201:50:202:00:202:10:202:20:202:30:202:40:202:50:20温度车速（km/h）时间转鼓速度T4-后左乘员头 部温度T13-后右乘员头 部温度T14-后中乘员头 部温度T33-前乘员头部 温度T34-中左乘员头 部温度T35-驾驶员头部 温度T36-中中乘员头 部温度T37-中右乘员头 部温度试验车内温度图 5 乘员呼吸点温度 01020304050607080901000204060801001200:00:20 0:12:30 0:24:40 0:36:50 0:49:00 1:01:10 1:13:20 1:25:30
10、1:37:40 1:49:50 2:02:00 2:14:10 2:26:20 2:38:30 2:50:40温度车速（km/h）时间转鼓速度后蒸发器 出口制冷 剂温度后蒸发器 进口制冷 剂温度前蒸发器 进口制冷 剂温度前蒸发器 出口制冷 剂温度图 6 前后蒸发器进出口制冷剂温度 2.2.实验分析 本车共有前后两个蒸发器并联于回路，和前后独立的面板控制空调出风，从而本车的制冷剂加注量大于普通轿车单蒸发器系统（一般 600g 左右） ，制冷系统总加注量为 1000g 左右 如图 2 所示，前面板出风口温度从实验开始 50.5 进行 20 分钟内降至 11.95。相应的图 3 看到室内乘员呼吸点平
11、均温度从 54.4 降至 28，此时系统前蒸发器工作在：1.466MPa-0.243MPa，后蒸发器则为 1.51MPa0.251MPa，这样是满足设计要求。 实验进入 80km/h 阶段，压缩机转速增加，相应的压缩机排量增加，制冷量增加，因而出风口温度的降低，室内环境温度（呼吸点平均）随之下降至 25。如图 3 制冷系统蒸发压力进一步走低， 平均下降 0.034MPa。 又由图 6 可知， 前蒸发器出口制冷剂温度低于后蒸发器 （相差近 20.57 ） ，这是由于双蒸发器并联连接，后蒸发器位于前蒸发器后侧，制冷剂吸收沿程管路热量导致后蒸发器蒸发温度高，从而后空调出风高于前空调出风（图 2 80
12、km/h 内循环时，前空调平均出风 9.3；图 4 后空调平均出风 14.05） 实验进入 50km/h 外循环阶段，新风风门打开，外界环境热风引入总成。长时间空调内循环降温后，轿车空调供风温度降低同时相对湿度较大，影响人的舒适性，引入室外热，干风降低供风相对湿度，成为调节空调舒适性的一种重要手段，除此之外还有打开暖风芯体室的混合风门，预先加热经蒸发器换热的空气提高相对湿度再送向空调出风口，一些高档车配有独立的加湿系统。本实验阶段就是要模拟考验引入新风的条件下，对室内环境温度的影响。此时，车速由 80km/h 内循环切换至 50km/h 外循环，一方面蒸发器热负荷增加，一方面车速降低，压缩机转
13、速减小，制冷量降低，供风量不变的情况下，空调出风温度增加。如图 4 后空调出风平均上升 7.3，如图 2 前空调出风平均上升 8.2。如图 3 双系统 低压平均上升0.111MPa，系统高压平均上升 0.266MPa。 怠速阶段主要是模仿在城市堵车的条件下，考验车辆空调在低转速下的空调性能由图 3可知，怠速最后阶段空调双系统平均高压达到 2.919MPa，显然不利于冷凝器长时间工作，时间持续过长高低压保护器动作，导致压缩机离合器跳开，宜造成室内环境的温度波动。低压端平均蒸发压力上升了 0.117MPa。前空调平均出风温度从图 2 可知上升至 23.7，对应由图5 室内呼吸点平均温度从 23.6
14、5上升至 32.9。影响室内舒适性。 110km/h 阶段主要并且置外循环模式，新风门全开，此时由于外部环境风速高，吹进总成内的热风风量大，考验蒸发器换热条件如此恶劣的情况下，轿车室内环境温度的稳定性与舒适性以及空调的工作能力。由图 3，随着实验的进行，系统高低压均降低，蒸发器完全可以吹此条件下的热负荷。各出风口温度随之降低，最后室内呼吸点温度降至 23.78. 最后的怠速和 110km/h 实验阶段主要是考验空调工作的稳定性和耐久性。由于前一怠速时间较长（30min） ，110km/h 制冷阶段时间较短（20min） ，故车辆蓄积的余热负荷较多。因而由图 5 在最后的怠速室内环境温度最大至
15、38.71，大于前一怠速室内呼吸点温度的最大值32.9。 2.3.温度不均匀系数： 21()1 1navei i T aveTT kTn Tave：呼吸点算术平均温度 1ni i aveT TnTi： 各呼吸点温度 表 2 各模式的测试数据 模式编号 模式描述 Tave（） Kt 1 50kw/h p/r 23.58 0.056 2 80kw/h p/r 20.04 0.066 3 50kw/h OSA 25.28 0.042 4 80kw/h OSA 23.68 0.046 5 怠速 33.30 0.0265 6 110kw/h OSA 23.78 0.0478 7 怠速 38.70 0.0
16、167 8 110kw/h OSA 30.44 0.057 00.010.020.030.040.050.060.070246810Kt模式编号Kt图 7 变工况下室内温度不均匀系数 如图 7 所示内循环的不均匀系数大于外循环阶段，打开新风风门引入外界热风，空调出风温度升高，室内呼吸点平均温度 Tave 升高，相应的（Tave-Ti）2减小，温度不均匀性系数降低。从物理现象来看，此时由于打开新风风门，供入新风使轿车室内气压较内循环时高，外界漏风干扰室内影响较小，温度分布较内循环好。同时增加实验环境风速越高，温度不均匀系数越大，这是由于环境风速越大，考虑到外界漏风影响对室内干扰随之越大，导致温度不均匀性加剧。怠速条件下由于外界微风（实验迎面风速仅为 5km/h）对车内漏风影响微小，故温度分布均匀性较好。 2.4.能量利用系数： 0outin T inTT TTTout:轿车室内回风温度 Tin:轿车空调的进风温度 To：轿车室内的设计温度 选取室内温
