汽车空调制冷改善方案的道路试验研究

陈涌填，林养全，黄冠鑫，陈星龙

（广汽研究院，广东 广州 511434）

随着中国汽车工业的发展，自主品牌汽车正逐步走向世界，各车企纷纷进军海外市场。面向不同的市场，车辆在设计上需要针对不同的环境进行相应的设计调整。汽车在极高温条件下使用时，空调制冷效果下降明显。为提升空调制冷效果，本文通过对某车型在极高温环境空调制冷性能的改善措施研究，提出两种改善方案，并通过道路试验确认改善方案的效果。

1 问题提出

某车型在极端高温条件下，车辆行驶时空调制冷效果较差，在市区工况行驶时尤为明显，经常出现空调切断现象。经过对车辆制冷试验的数据分析，行驶时车辆出风口温度偏高，且低速行驶或怠速时，空调压力上升较快，极易因空调压力过高触发高压保护而切断空调，从而进一步影响制冷效果。为此，需要对该车的空调制冷效果进行改善。

2 改善方案

经过前期的试验验证，该车在极端高温条件下的制冷剂过冷度不大，为改善该车的空调制冷性能，拟在管路上增加一个回热器，将经过冷凝器后的制冷剂与经过蒸发器的制冷剂在流经回热器时进行热交换，增加制冷剂液体的过冷度，改善制冷效果。

回热循环的示意图见图1［1］，lgp-h图见图2，1-2-3-4-1循环为理论制冷循环，1′-2′-3′-4′-1′为带回热的制冷循环。理论制冷循环中，单位制冷量为：

增加回热循环后，1-1′和3-3′为回热器换热过程，4′-1为蒸发器换热过程，回热循环的单位制冷量为：

增加回热循环后，单位制冷量增加量为：

图1 回热循环示意图

经过对车辆前端模块的布置进行分析，该车的前端模块设计了导流板，但导流板与车身之间存在缝隙，试验过程的冷凝器前空气温度变化如图3，可见冷凝器前空气温度在怠速时上升较明显，判断前端模块的热气回流现象较严重，故对前端模块与导流板、车身之间的间隙进行密封处理，以减少前端模块的热气回流现象，改善制冷效果，并进行城市工况的道路试验验证。前端模块密封方案示意图见图4。

图2 回热循环lgp-h图

图3 试验过程冷凝器前空气温度变化曲线

图4 前端模块密封方案示意图

3 改善效果道路试验验证

3.1 增加回热器的效果验证

试验过程参考QC／T 658的方法，分别在稳定工况 （进行40 min的40 km／h中低速行驶、20 min的100 km／h高速行驶及怠速试验）及城市工况 （以实际城市工况条件为准）进行空调系统改善效果的道路试验对比验证。

增加回热循环后，稳定工况和城市工况的制冷剂过冷度变化见图5和图6。稳定工况行驶时，制冷剂的过冷度在回热器前为3.5℃，回热器后为10.8℃，增加回热循环后过冷度增加了7.3℃；城市工况行驶时，制冷剂的过冷度在回热器前、后分别为3.3℃和9.6℃，过冷度增加6.3℃，过冷效果明显。

图5 回热器方案稳定工况制冷剂过冷度变化

图6 回热器方案城市工况制冷剂过冷度变化

增加回热器后，车辆在稳定工况行驶和城市工况行驶的头部温度和出风口温度见图7和图8。稳定工况行驶时，增加回热器后，头部温度和出风口平均温度在行驶时分别下降3.4℃和3.2℃，怠速时分别下降2.4℃和2.6℃，降温效果明显。

在进行城市工况试验时，增加回热器后头部温度降低0.4℃，出风口温度降低0.5℃，改善效果不明显。

空调高压、低压变化曲线见图9、图10。由图可以看出，在增加回热器后，空调压力无明显变化。

由以上数据，增加回热器后，制冷剂的过冷度明显增加，在稳定工况行驶时，车内头部、出风口降温效果明显，但在城市工况行驶时，降温效果不明显，且车辆空调系统压力无明显降低，怠速时空调偶发压力保护切断压缩机的问题无改善效果，因此，低速行驶及怠速时需要有其他改善措施。

图7 回热器方案稳定行驶工况头部和出风口温度对比

图8 回热器方案城市工况头部和出风口温度对比

图9 回热器方案稳定行驶工况空调压力对比

图10 回热器方案城市行驶工况空调压力对比

3.2 增加导流板密封的效果验证

车辆在城市工况行驶时的冷凝器前空气温度变化曲线如图11所示。增加导流密封措施后，城市工况行驶时冷凝器前的空气温度平均降低6℃，有效改善了冷凝器的冷却效果。

车辆对导流板间隙密封后，头部温度和出风口温度变化曲线如图12所示，头部温度平均降低5.5℃，出风口温度降低4.5℃，制冷效果得到明显改善。

图11 导流板密封方案城市工况行驶冷凝器前空气温度对比

图12 导流板密封方案城市工况行驶头部和出风口温度对比

图13 导流板密封方案城市工况行驶空调压力对比

空调系统压力变化曲线如图13所示，高压压力明显下降，平均降低0.4 MPa，在怠速阶段因空调压力降低，解决了空调压力过高导致的压缩机切断问题。

通过以上验证，前端模块增加导流板密封措施后，有效降低了低速及怠速时的空调系统压力，解决了车辆怠速空调切断的问题，且对制冷效果有较大幅度改善。

4 结论

文章通过在极端高温条件下对某车型的空调系统的制冷性能进行分析，得出采用增加回热器以及增加前端模块导流板间隙密封的改善方案，并通过道路试验进行对比验证，结果如下。

1）增加回热器对稳定行驶时的车辆制冷效果改善明显，但在城市行驶或怠速工况改善效果有限，且空调系统压力无明显变化，从而无法解决空调系统压力高的问题。

2）增加导流板间隙密封后，可以改善低速及怠速阶段的制冷效果，明显降低空调系统压力，解决怠速时空调切断的问题。

通过文章中的某车型的改善方案，在不改动空调系统设计的情况下，通过修改空调管路 （增加回热器）以及增加导流板间隙密封的措施，可以有效提高汽车空调系统的制冷性能并解决怠速空调压力高的问题，为汽车空调的改善设计提供重要的参考。

（编辑 章 子）