空调压缩机转速对汽车空调的影响

张丽 成小红

摘  要：汽车经过多年的发展已经形成了完善的体系，且随着技术的发展与进步汽车的功能在不断完善。汽车空调是现代汽车中重要的组成部分，做好汽车空调的研究对于汽车空调的应用有着极为重要的意义。压缩机是汽车空调的核心部件，通过研究其转速对汽车空调的影响将有助于提高汽车空调的使用性能。文章通过对汽车空调制冷模式下压缩机转速对汽车空调运行参数的影响进行分析，调整并优化汽车空调压缩机的转速。

关键词：汽车空调;压缩机;转速;制冷性能

中图分类号：U463.851      文献标志码：A         文章編号：2095-2945（2019）35-0047-02

Abstract： After years of development， automobile has formed a perfect system， and with the development of technology and progress， the function of automobile is constantly improving. Automobile air conditioning is an important part of modern automobile. The research of automobile air conditioning is of great significance for the application of automobile air conditioning. Compressor is the core component of automobile air conditioner. The study of the influence of its rotational speed on automobile air conditioning will help to improve the performance of automobile air conditioning. This paper analyzes the influence of compressor speed on automobile air conditioning operation parameters under automobile air conditioning refrigeration mode， and adjusts and optimizes the speed of automobile air conditioning compressor.

Keywords： automobile air conditioning; compressor; rotational speed; refrigeration performance

前言

新能源车是现代汽车工业中重要的组成部分，随着新能源车的发展与应用对现代能源体系造成了一定的冲击。新能源车与传统燃油车在系统构成上存在一定的差异，应用于传统燃油车的汽车空调系统并不适用于现代新能源车辆，新能源车采用蓄电池供电其电力总量是一定的，如汽车空调系统能耗高将会对车辆的形式里程产生重要的影响。为提高汽车空调的性能使其具有良好的节能效果需要对汽车空调的热泵系统进行研究与优化。

1 新能源车汽车热泵型空调系统的组成

某型号的新能源车汽车热泵型空调系统采用多流程微缩通道热交换器作为空调系统的热交换通道。车内蒸发器和车外冷凝器被布置在同一风道内。整套空调系统的特点是通过采用电磁阀和单向阀来替代四通阀，从而实现了制冷、制热、除湿、除霜功能的高效控制。空调系统制冷循环工质循环路径为：压缩机-车外冷凝器-电子膨胀阀-车内蒸发器-气液分离器-压缩机。空调系统制热循环工质循环路径为：压缩机-车内冷凝器-电子膨胀阀-车外热交换器-气液分离器-压缩机。空调系统除湿循环工质循环路径为：压缩机-车内冷凝器-电子膨胀阀-车内蒸发器-气液分离器-压缩机。空调系统除霜循环工质循环路径：车外冷凝器结霜-切换制冷模式-循环工质进入车外冷凝化霜-气液分离器-压缩机。

2 新能源车汽车热泵型空调系统测试系统构成

对于新能源车汽车热泵型空调系统将采用焓差法对其性能进行试验。通过传感器分布在新能源车汽车热泵型空调系统各处用以记录新能源车汽车热泵型空调系统在不同工况条件下的运行参数。新能源车汽车热泵型空调系统测试系统所记录的数据主要来自于两个部分：空调侧和环境侧。新能源车汽车热泵型空调系统测试系统采集点分布在压缩机进出口、室外冷凝器进口、过冷器出口、电子膨胀阀进口、室内蒸发器和室外冷凝器的进出口等位置。布置于上述位置的传感器将采集到的温度、压力信号传输至控制电脑中进行记录与分析。

新能源车汽车热泵型空调系统测试系统的实验通过记录汽车空调系统压缩机在不同转速下的各项运行参数，记录并分析压缩机不同转速对汽车空调运行性能的影响。

3 汽车空调压缩机运行参数对新能源车汽车热泵型空调系统运行性能的影响

3.1 新能源车汽车热泵型空调系统最佳运行工况分析

以空调系统压缩机在5000r/min转速下EXV不用开度下空调系统的冷度、出风温度以及压缩机功耗变化参数为例进行分析。结合测试系统所记录的参数显示，当电子膨胀阀处于300-320步开度时， 新能源车汽车热泵型空调系统处于无过冷度状态，通过视液镜观测冷却剂发现其存在诸多气泡，制冷工质经过冷凝器和过冷器后仍处于气液两相状态，测量数据显示经过两相节流后的工质仍处于较高的温度，蒸发器出口温度也相对较高。当电子膨胀阀处于280步开度时，系统过冷度达到了7.2℃，通过视液镜观测冷却剂发现其处于纯液状态，节流处于良好的状态且蒸发器的出口温度处于一个较低的状态。而当电子节流阀开度进一步降低处于270步时，汽车空调系统的制冷量有所下降。通过上述数据表明，汽车空调系统处于无过冷度时，系统的稳定性和制冷性能都无法达到最优状态，而当系统具有一定的过冷度时汽车空调系统的制冷量和COP性能较为良好，而当系统的过冷度进一步扩大时，汽车空调系统的制冷量和COP数值均会有所下降.整体来说汽车空调系统的过冷度需要处于一个良好的区间范围内，需要具有一定的过冷度，而过冷度不得过大。而对汽车空调系统进一步测试后的数据表明，当EXV开度过小（空调压缩机转速低于2000r/min，电子膨胀阀开度处于120-100步时），空调的工质循环流量较小过冷度过高，系统处于高能耗状态，表现现象为空调蒸发器的第一个流程换热器表面出现结霜，大量的制冷量被浪费了，导致可用有效制冷量较低。当汽车空调系统处于这一状态时空调系统的运行稳定性与性能均处于较低的水平。经过多组对比数据表明，新能源汽车所使用的空调系统的过冷度处于5-8℃的区间范围内时空调系统的性能与制冷量处于一个较高的水平。因此，在评价空调系统的性能时可以将过冷度作为一个评价指标。不同EXV开度下冷凝器和蒸发温度/压力的变化如下图1所示。

3.2 空调压缩机转速对空调冷凝、蒸发压力的影响规律

结合实验所得出的数据，空调压缩机不同转速实验下对应的最佳运行工况下的EXV开度是有所差别的。实验数据表明，空调冷凝压力将与空调压缩机的转速呈正比，而空调的蒸发压力则与压缩机的转速呈反比。在室内外环境温度差恒定时，空调压缩机转速的提高将使得空调内循环工质的流量和流速都增大，从而使得循环工质的低压进一步降低、高压进一步升高，空调内的压比增大，进而使得空调压缩机功耗和制冷量都有着不同程度的增加，降低了空调的能耗比。

3.3 空调压缩机转速对空调电子膨胀阀最佳开度和蒸发器出风温度的影响

结合实验数据对空调压缩机转速对空调电子膨胀阀最佳开度和蒸发器出风温度的影响进行分析，发现当空调压缩机的转速升高由实验处于2000r/min提升分别以1000r/min为间隔提升至7000r/min时，空调电子膨胀阀的最佳开度分别为180、230、260、275、280、285步，上述实验数据表明，压缩机转速与空调电子膨胀阀的最佳开度是同步增加的，且这一增长速率是在逐步降低。造成这一现象的原因在于压缩机的转速处于6000r/min以内时，其转速的增大虽然会引起空调冷凝温度和压力的增长，并导致冷凝器换热温度和换热量的增大，如电子膨胀阀的开度并未随之增大将会导致过冷度的变大，为了使得空调压缩机处于最优工况条件需要将过冷度控制在5-8℃的區间范围内。压缩机转速与EXV最佳开度以及蒸发器出风温度的变化如下图2所示。

3.4 空调压缩机转速对制冷量、压缩机功耗和COP的影响

测试数据表明，在增大压缩机转速的条件下空调的能耗比、制冷量都随之增加，同时空调压缩机的COP反而下降，且降幅较为明显。因此在汽车空调优化时仅仅提供调整空调压缩机转速是无法完成的，需要进行综合性的考虑。

4 结束语

本文在分析影响车辆空调系统参数的基础上，对空调压缩机转速在车载空调系统中的重要作用以及不同转速条件下空调压缩机的能耗、质量量以及COP等的参数变化进行了分析介绍。总体来说，在空调压缩机转速变化时，控制系统的过冷度在5-8℃的区间范围内可以获得较高的制冷量量和COP，空调系统获得了最优性能。

参考文献：

[1]武卫东，余强元，吴佳玮，等.压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的影响[J].流体机械，2017（11）：61-65.

[2]邱琳.某EV车电动空调压缩机开启过程中噪声优化改善研究[J].汽车电器，2017（8）：1-8.