提高面向中东市场乘用车的空调降温性能

韩海强，童国庆，2，何旭明，韦兴民，冯擎峰

（1.吉利汽车研究院，浙江 杭州 311228；2.同济大学，上海 201804）

提高面向中东市场乘用车的空调降温性能

韩海强1，童国庆1，2，何旭明1，韦兴民1，冯擎峰1

（1.吉利汽车研究院，浙江 杭州 311228；2.同济大学，上海 201804）

某款乘用车出口中东市场，出现空调停止工作及空调降温性能不能满足当地高温环境要求的问题。经过分析并对发动机水泵、散热器、冷却风扇进行了改进，改进后的样件装车测试，空调工作不再出现停机现象，空调降温性能达到了中东地区高温环境的要求，此款乘用车可以顺利出口到中东市场。

空调；降温性能；测试；中东市场

1 概述

某款乘用车出口中东市场，该地区属于热带沙漠气候，年降水量少，环境温度高，对汽车的散热系统以及空气降温性能的要求较高。符合中国技术要求、市场可以接受的车辆，如果不经过改进就不一定能够符合中东市场的要求。

某款在中国市场正常上市销售的乘用车，直接出口到中东市场，汽车的散热系统和空调降温性能不能满足中东市场的技术要求，出现了发动机水温高而使空调停止工作及空调效果差的问题。为此，必须针对相关的零部件、系统进行适当的改进，经过分析制定了改进方案，做出样件进行试装测试，符合要求后再进行批量生产。

2 空调降温性能差问题分析

2.1 环境原因

伊拉克、沙特等中东国家多为热带、亚热带沙漠地区，夏季炎热漫长，最高温度在50℃以上，极端温度可达55℃，地表温度可达80℃，是世界上最热的地区之一。

某款乘用车的冷却系统是基于最高温度40℃设计的，设计时没有考虑中东地区高温环境的情况。

2.2 系统原因

1）冷却液水温高的原因由于发动机在工作时产生的热量大于冷却系统所能带走的最大散热能力，导致发动机冷却液水温无法控制在要求范围。

2）空调不工作原因一个重要的原因是由于发动机水温超过一定值，发动机管理系统为保护发动机本身而将空调压缩机断开，使空调压缩机停止工作，发动机的负载降低，达到减少发动机产生的热量以实现降低水温的作用。

3）空调效果差的原因一方面由于外界环境影响导致空调冷凝器带走热量的能力下降，使空调制冷能力下降；另一方面由于空调压缩机功率限制，空调制冷系统带走热量的能力小于外界环境传到驾驶室内的热量；再者，冷却风扇的风量带走的热量不足。如果出现发动机水温过高而切断空调压缩机电源，空调就停止工作，则驾驶室内的环境更差。

3 改进设计

本次改进从发动机冷却系统及提高风量增加散热量方面着手，以达到解决发动机冷却液水温高、空调不工作的情况并改善空调制冷效果的目的。

汽车发动机冷却系统散热的热量计算公式：

式中：A——传给冷却系统的热量占燃料的热能百分比，对汽油机来说A=0.23～0.30；ge——内燃机燃料消耗率，kg／kW·h；Ne——内燃机功率，kW；hn—燃料的热值，kJ／kg。

从上式可以看出，对于发动机型号一定的车型来说，在不同地区需从冷却系统散走的热量基本是一定的［1］。

3.1 改进方案考虑

经过分析，制定改进方案，如表1所示。

表1 改进方案

3.2 水泵的改进设计

将水泵叶片加高4mm，加高方向如图1所示。改进前、后水泵扬程，见表2。

表2 改进前、后水泵扬程比较

3.3 散热器改进设计

目前国内设计散热器时的其中一个参数是液气温差为60℃，如某款乘用车的散热器在液气温差60℃条件下要求散热能力大于等于55kW。

中东极端的温度为55℃，若按最高水温为110℃，液气温差只有55℃，根据厂家经验，液气温差少5℃，单位散热面积的散热能力降低了10%～15%。通过增加散热面积弥补散热能力。

假设取ΔQ1=0.85ΔQ，则S1≥1.176S；即要求改进后的散热面积要大于等于原散热面积的1.176倍。

散热器改进通常是通过芯体加厚来增加散热面积，某款乘用车原散热器芯厚为16mm，散热面积6.12m2；将芯厚增到20mm，散热面积达7.6m2，改进后的散热器散热面积是原来的1.242倍。散热器芯厚示意图如图2所示。

3.4 冷却风扇改进设计

冷却风扇风量需求计算公式：

式中：Δta——空气进入散热器前、后的温差，一般Δta=10～30℃，目前设计Δta取30℃来计算［1］；γa——空气密度，一般γa=1.01kg／m3；cp—空气定压比热，可取cp=1.047kJ／kg·℃。

通过前期的测试，某款乘用车在55℃环境下，风扇后的空气温度能达到80～82℃，相当于Δta=25～27℃，这里我们取25℃进行计算。

在总的散热需求不变的情况下，改进设计后的某款乘用车冷却风扇风量要求为：Va1=（30×Va）／25= 1.2Va，即要求改后冷却风扇的通风量为原风扇的1.2倍，风量由2000m3／h增加到2400m3／h。通过重新设计风叶结构、增大电机功率、更改风叶材料来实现，并预留一定提升空间。冷却风扇示意图见图3［2-4］。

4 改进设计的试验验证

4.1 试验方案确定

试验的样件分别为：①芯体厚度增加到20mm的散热器手工样件；②改进后的水泵样件；③通过对在产风扇增加转速实现风量增加20%左右的风扇手工样件。环境舱设计的温度为45℃。

4.2 试验结果及分析

1）改进前

改进前整车空调降温性能试验，结果见表3。

表3 改进前整车空调降温性能试验结果

改进前整车空调降温性能试验曲线如图4所示，结果不符合技术要求。

2）改进后

改进后整车空调降温性能试验结果见表4。

表4 改进后整车空调降温性能试验结果

改进后整车空调降温性能试验曲线如图5所示，符合技术要求。

从以上的试验结果表及性能曲线分析可以得出，发动机的散热有明显的改善，空调不工作的情况、空调的制冷效果有明显的改善，达到技术要求。

5 总结

在中国市场正常销售的车辆，出口到中东高温环境的国家和地区，发动机的散热性能变差，空调出现停止工作及空调降温性能差的问题，实际模拟测试结果，不符合中东高温环境的技术要求。为了中国民族品牌的车辆出口中东市场，必须进行发动机散热性能、空调降温性能的改进工作。

经过分析制定改进方案，改进涉及到水泵、散热器、冷却风扇、压缩机，考虑到改进压缩机涉及的工作量大及增加成本高，综合考虑后，决定改进水泵、散热器、冷却风扇：通过增加水泵的叶片高度来提高水泵的性能；通过增加散热器水箱的厚度来增大散热面积；通过增加风量来提高冷却风扇的性能。

根据分析结果，设计做出样件，进行装车验证测试，测试结果达到了技术要求。本款车型安装改进后的水泵、散热器、冷却风扇，即可顺利出口中东高温环境的国家和地区。

［1］张杰.简述发动机冷却系统设计及散热量计算［J］.装备制造技术，2004（2）：21-24.

［2］德国BOSCH公司.Robert BOSCH GmbH汽车电气与电子控制［M］.魏春源，等译.北京：北京理工大学出版社，2004.

［3］德国BOSCH公司.BOSCH汽车工程手册（中文第2版）［M］.顾柏良，等译.北京：北京理工大学出版社，2004.

［4］孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术［M］.北京：机械工业出版社，2007.

（编辑文珍）

Enhancing Cooling Performance of Passenger Car For Middle East Market

HAN Hai-qiang1，TONG Guo-qing1，2，HE Xu-ming1，WEI Xing-min1，FENG Qing-feng1
（1.Geely Automobile Research Institute，Hangzhou 311228，China；
2.Tongji University，Shanghai 201804，China）

The air conditioner sometimes stoppes working and its cooling performance can not meet the requirements of local high temperature environment on a style of passenger car exported to the Middle East market. After analysis and improvement to its engine water pump，radiator and cooling fan，the improved sample is tested on car. The results show that it can work normally and meet the requirements of high temperature environment，so this style of passenger car can be exported to the Middle East market successfully.

air conditioning；cooling performance；test；Middle East market

U463.851

A

1003－8639（2014）06－0020－03

2014-03-27；

2014-04-02

韩海强，吉利汽车研究院海外产品支持部部长；童国庆，高级工程师，吉利汽车研究院技术专家；何旭明，吉利汽车研究院一级主任工程师；韦兴民，吉利汽车研究院资深总工程师；冯擎峰，吉利集团副总裁。