高温环境下出口汽车空调性能提升的研究

黄世云， 陈黄丽， 郭夕涛， 张铭贵， 王君兴

(厦门金龙联合汽车工业有限工司， 福建 厦门 361023)

目前，国内汽车空调系统都是按照国标要求，以满足国内环境条件下使用而开发的。随着汽车出口市场的发展，销往沙特、阿曼、马来西亚等高温地区的车辆在不断增加。由于中东地区夏季平均温度都会达到45 ℃以上，这对空调的制冷性能提出了更高的要求。因此，为了更好地打造我国出口汽车的品质及口碑，对提高高温环境下车用空调制冷性能的研究具有极其重要的意义[1]。

1 汽车空调性能提升因素

根据对汽车空调制冷原理的分析，在压缩机布置空间受限，无法采用更大排量压缩机的条件下，要提升高温环境下整车空调的制冷性能，首先要提升的核心部件就是冷凝器的散热能力，其次是冷媒流量和流阻，再次是整车的保温性能[2-5]。

1.1 冷凝器散热性能提升

在外界条件不变的情况下，影响冷凝器性能的因素主要有冷凝器的散热面积、波距以及厚度。在评估生产工艺的可行性后，将冷凝器在原有的基础上厚度增加4 mm，宽度增加200 mm，冷凝器波纹形散热翅片波距由8 mm减小到5 mm。在标准工况下，试验测得该优化后的冷凝器散热功率增加约33.3%。通过对比测试来确定冷凝器加厚、加宽以及其散热翅片波距减小对整车空调制冷性能的影响。测试工况为：空调温度调节开关置于冷却模式最大挡，循环调节开关置于内循环状态，出风模式调节开关置于吹人面部模式，风量调节开关置于最大风速挡，A/C开关接通，车辆行驶时发动机转速2 500 r/min、车速20～40 km/h，环形试验跑道，柴油发动机，车内初始温度45 ℃。

选取两辆只有冷凝器不同、其余配置都相同的试验车辆，在相同模拟使用条件下，测量各自的空调制冷性能，所测部分数据见表1。通过数据的对比分析可以看出，使用加厚、加宽以及波距加密的冷凝器车辆，其仪表台出风口温度和蒸发器出风口温度比原车约低5 ℃，车厢内温度比原配置车辆约低4.4 ℃，而且降温速度大大提高。所以，通过对冷凝器采取以上加厚、加宽以及波距减小的措施，使整车空调的降温性能提升约14.6%[6-8]。

表1 对比测试温度部分数据

1.2 冷媒流量及流阻性能提升

空调制冷介质为冷媒，在冷媒加注量标定完成后，其对空调的影响表现在流经管路的流量及流阻。在对空调系统各部件的分析时发现，电磁阀通径仅2 mm,而连接其管路的内径为6 mm,电磁阀对流经的冷媒有较强的节流作用，同时增大了整个系统的流阻。选取两辆试验车辆，一辆保留电磁阀，另一辆取消电磁阀，其余配置均相同(为了验证电磁阀的节流效果，该两辆试验车的冷凝器均采用原配冷凝器，变化只有电磁阀)。在环形试验跑道，空调温度调节开关置于冷却模式最大挡，循环调节开关置于内循环状态，出风模式调节开关置于吹人面部模式，风量调节开关置于最大风速挡，A/C开关接通，车辆行驶时发动机转速2 400 r/min，车速40 km/h，柴油发动机，车内初始温度约为45.5 ℃，进行试验，所测数据见表2。

表2 对比测试温度部分数据

通过对表中数据的分析可以得出，取消电磁阀后，仪表台出风口温度与原车相当，无明显变化，但后蒸发器出风口温度和车厢内温度比原车约低5 ℃，所以电磁阀对冷媒有节流及增加流阻的副作用，降低了后蒸发器的制冷效果。因此，取消电磁阀能有效地提高空调的降温性能[9]。

1.3 整车保温性能的提升

在相同的车辆配置和相同外界热负荷条件下，优良的整车保温性能能减少车厢内与外界的热交换，提升车内的降温效果。为了很好地验证整车保温性能对空调制冷性能的影响，采用高温暖房的试验方法，对整车有无保温棉这两种状态进行测试对比。测试工况为：空调温度调节开关置于冷却模式最大挡，循环调节开关置于内循环状态，出风模式调节开关置于吹人面部模式，风量调节开关置于最大风速挡，A/C开关接通，车辆发动机转速前0～15 min怠速、后 15～20 min加速1 800 r/min，高温暖房，柴油发动机，试验环境温度51 ℃，车内初始温度47 ℃。

为了保证测试车辆对比的变量是单一的，试验测试时，选取两辆样车，一辆加装保温棉，另一辆无保温棉，其余配置均相同(冷凝器和电磁阀均采用原配状态)。改制车在保温上做了如下3个方面的保温加强：车身顶棚从前至后全部贴一层玻璃纤维保温棉；车身左右两侧在空白位置全部贴一层玻璃纤维保温棉(车窗玻璃及开门处除外)；发动机舱后侧板及引擎盖贴一层玻璃纤维保温棉。

两辆车通过试验所测的数据见表3，通过数据的对比分析可以看出，整车增加保温棉之后，相比原车无保温加强状态，车厢内降温速度明显提升，前后各出风口温度差相应减小，且在相同时间内，比原车降温低约3 ℃。所以，整车保温性能的加强，在高温环境下，对空调性能的提升效果显著。

表3 对比测试温度部分数据

2 综合提升降温测试

上述通过对各项改进措施单独对比验证，确认了各项对策的可行性，为评价上述所有对策综合运用于整车上的效果，选取一辆样车综合改制，并在高温环境下进行测试。试验开始前，将车辆在太阳下暴晒3.5 h,并保持车辆在烈日直射下，空调温度调节开关置于冷却模式最大挡、循环调节开关置于内循环状态、出风模式调节开关置于吹人面部模式、风量调节开关置于最大风速挡、A/C开关接通，柴油发动机、怠速，试验环境温度47.8 ℃，车内初始温度56.4 ℃，所测温度数据见表4。

表4 综合测试温度部分数据

通过表4的测试结果可以看出，综合运用改进冷凝器、取消电磁阀、增加保温棉3项提升对策后，高温环境下的空调性能显著提升，各项改进对策显著有效[10]。

3 结束语

根据空气质量标准要求，夏季最佳舒适温度标准值为22 ～28 ℃，综合运用上述3项改进措施后，在高于45 ℃环境温度下，车厢内温度可降至21.7 ℃，整车空调的降温性能已经可以低于22 ℃。所以，通过3项改进提升措施后，空调的降温性能完全能够达到45 ℃以上高温环境的空调降温需求，从而能够满足沙特、阿曼、卡塔尔、伊朗等高温地区的空调制冷要求[11-12]。

参考文献：

[1] 王久生.大客车空调的现状及发展趋势[J].汽车工程师，2003(5):45-46.

[2] 陈孟湘.汽车空调:原理、结构、安装、维修:：第2版[M].上海：上海交通大学出版社，2001:7-11 .

[3] 余志生.汽车理论：第5版[M].北京：机械工业出版社，2009:10-14 .

[4] 刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001:20-29 .

[5] 陈家瑞.汽车构造：第3版[M].北京：机械工业出版社，2009:5-23 .

[6] 阙雄才，陈江平.汽车空调实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003:11-16 .

[7] 全国汽车标准化技术委员会.汽车空调制冷装置试验方法:QC/T 657-2000[S].北京：中国标准出版社，2000：1-9.

[8] 全国汽车标准化技术委员会.汽车空调制冷系统性能道路试验方法:QC/T 658-2009[S].北京：中国计划出版社，2009:1-15.

[9] 林凡，申福林.计算流体力学在汽车空调系统中的应用：中国客车行业发展论坛暨中国客车学术年会[C].西安：陕西科学技术出版社，2004.

[10] 杨亚军，朱广栋.客车车内空气质量的改善方案[J].客车技术与研究，2009，31(2)：27-29.

[11] 马艳秋.空调客车内热舒适性及空气品质的评价[D].北京：北京交通大学，2008.

[12] 范李，宾军.汽车内热舒适环境的模糊评价方法[J].公路与汽运，2009(3):1-4.