某轻型客车冷冻油加注量的影响分析

黄世云

(厦门金龙联合汽车工业有限工司， 福建 厦门 361023)

在汽车空调系统中，冷冻油作为整个空调系统的润滑剂，是保证其正常工作的重要物质[1]。在空调系统工作过程中，冷冻油随着冷媒一起循环，所以，对于不同的车型，空调管路长度以及冷凝器、蒸发器大小不同，即便选用同款压缩机，其冷冻油的加注量也不一样。因此，对于新的空调系统，研究其冷冻油加注量，直接关系到空调降温性能的好坏，以及压缩机使用寿命的长短[2]。

1 冷冻油加注量对汽车空调性能的影响

冷冻油又叫冷冻机油，具有润滑、密封、散热、降噪以及调节机械动力能量的作用。当空调系统选型确定及冷媒量标定后，冷冻油的加注量就是空调性能的关键影响因素[3]。

1.1 冷冻油过多的影响

适量的冷冻油能够确保冷凝器良好的散热性能和蒸发器良好的制冷性能。冷媒易溶于冷冻油，且两者具有一定的互溶型，当冷冻油过多时的不良影响主要有：

1) 使冷凝器的散热量减少。由于冷冻油导热性比冷媒差，在冷凝过程中，过多的冷冻油会阻碍冷媒与冷凝器管道之间的热交换，使冷凝器散热量降低。

2) 使蒸发器与车内空气热交换效率降低。当溶有冷冻油的冷媒在流经膨胀阀后，冷冻油仍然以雾状的液态形式随已变为气态的冷媒一起存在于蒸发器内。且此时冷冻油仍为高温状态，当气态冷媒在蒸发器内蒸发吸热时，会同时吸收冷冻油的热量，所以过多的冷冻油会使蒸发器与车内空气的热交换量减小，导致空调制冷效果不好[4]。

3) 导致膨胀阀油堵和系统流阻增加。由于膨胀阀开度较小，过多的冷冻油流经膨胀阀时，可能导致膨胀阀堵塞。同时聚集在管路低处的冷冻油会使冷媒流阻增大，导致空调出现制冷效果不好或不制冷问题。

4) 造成空调压缩机“液击”现象。通常情况下，回流到压缩机的是低温低压的气态冷媒，当冷冻油过多时，液态的冷冻油被吸入压缩机，对压缩机造成“液击”，会导致压缩机的使用寿命降低甚至损坏[5]。

1.2 冷冻油不足的影响

适量的冷冻油是确保压缩机及其机构最佳运转状态、安全性和使用寿命的必要条件，也是降低空调系统能耗、确保制冷效果的辅助剂。当系统中冷冻油不足时的不良影响主要有[6]：

1) 使压缩机的使用寿命降低。冷冻油不足会导致压缩机内部各机构的运动摩擦增大，甚至出现干磨和撞击噪声，导致压缩机使用寿命缩短甚至报废。

2) 导致压缩机内部散热不良、高温。当冷冻油不足时，摩擦产生的热量增大且得不到有效散热，导致压缩机内部高温，降低了压缩机的可靠性和安全性。

3) 压缩机内部微泄漏。冷冻油能够对压缩机的动静盘及轴承机构起到密封作用，当冷冻油不足时，其内部机构间的密封效果差，甚至出现不密封，导致内部微泄漏。

4) 能耗增加、制冷效果降低。当压缩机出现缺油运动时，其内部机械部件摩擦阻力增大，压缩机效率降低，使发动机油耗增加，空调制冷性能下降。

2 某轻型客车冷冻油加注量试验

每款车型必须通过试验来确定其空调冷冻油加注量的准确性。现对某轻型客车空调冷冻油加注量进行测试研究。

该车辆配置3个蒸发器，驾驶区1个，乘客区2个顶置，标定冷媒量为1 250 g。根据空调配套厂的冷冻油初加预估法(冷冻油加注量取冷媒加注量的1/4，即312.5 g)，取整310 g作为初始加注量进行试验。

2.1 最大制冷性能试验设计

该试验是在以310 g冷冻油为基准中心，30 g作为增减变量，其他配置及试验条件相同的情况下进行对比测试，将出制冷性能最好时的冷冻油加注量作为最终加注量。

2.1.1 试验条件及试验过程

本试验采用40 ℃的环境温度、50%环境湿度和950 W/m2的日照条件。按照试验需求，设计试验工况及试验过程[7-8]，如图1所示。本试验过程分为4个阶段，各阶段工况要求如下[9]：

阶段A：暖房升温至40 ℃过程。暖房风机速度模拟车速40 km/h，车辆A/C关闭，整车HVAC(空气调节系统)置“外循环、吹脸”模式，车辆空调风机开最大风速挡,直至暖房温度稳定。

阶段B：车厢预热。首先，车门、车窗全开，车辆空调关闭，暖房风机速度模拟车速40 km/h运行约20 min，车辆HVAC置“外循环、吹脸”模式，车辆空调风机开最大风速挡，使车厢内前后无温差；然后，车门、车窗全关，车辆空调关闭，暖房风机关闭(模拟车速为0)，车辆HVAC再置“外循环、吹脸”模式，车辆空调风机开最大风速挡，运行至车厢内前后测温点温度到50 ℃±3 ℃(前测温点Ch08、后测温点Ch14)；最后，将车辆HVAC切换至内循环，预热至车厢内中央测温点(测温点Ch11)温度到60 ℃±3 ℃(以上测温点如图2和图3所示)。

阶段C：初始制冷过程。车辆空调开启，车辆HAVC置“内循环、吹脸”模式，开最大风速挡，暖房风机速度模拟车速40 km/h，持续30 min。

阶段D：最大制冷过程。车辆空调继续运行，车辆HAVC置“内循环、吹脸”模式，开最大风速挡，暖房风机速度模拟车速80 km/h，持续30 min。

图1 试验过程图

2.1.2 温度测量点定义

测量点分为出风口位置和乘客头部位置2个部分，定义仪表台右侧和中间出风口测量点分别为Ch01和Ch02，第一排至第五排取各排中间对应顶棚出风口为测量点，分别定义为Ch03、Ch04、Ch05、Ch06、Ch07，如图2所示；驾驶员头部和副驾头部分别定义为Ch08和Ch09，乘客区第一排至第五排座椅取中间座位的乘客头部为测量点，分别定义为Ch10、Ch11、Ch12、Ch13、Ch14，如图3所示，其中，Ch08、Ch14也分别同时为车厢前后测温点位置，Ch11也同时为车厢中央测温点[10-11]。

图2 出风口测量点示意图

图3 乘客头部测量点示意图

2.2 制冷试验

2.2.1 试验顺序设计

首先进行冷冻油为310 g的基准试验，然后向着每增加30 g冷冻油的方向进行下组试验，当出现下一组试验的平均温度比上一组高且2组试验数据差异较大时，则停止增加冷冻油试验，向着以310 g为基准中心、每减少30 g冷冻油的反方向继续进行试验，直至出现下组试验温度比上组上升的情况，且相邻2组试验温度差异较小并大体趋于稳定时，则可以结束试验[12]。

2.2.2 分组试验

试验1：加注冷冻油310 g，按2.1.1进行试验评测，部分测量点的数据见表1。

表1 冷冻油为310 g时部分测量点温度数据

根据表1数据计算，头部及车厢中央温控点平均温度为(ch08+ch09+ch10+ch11+ch12+ch13+ch14+ch11)/8=25.2 ℃。

试验2:在每增加30 g冷冻油的试验过程中，第一次增加时其结果就比试验1的平均温度高出了1.69 ℃，增加30 g冷冻油比不增加时的温度差异较大，故应结束增加冷冻油的试验。

随即从试验3开始进行每减少30 g冷冻油的反向试验，在后续的试验3至试验6中，试验4的平均温度为22.91 ℃，相比左右相邻试验组试验3的24.79 ℃和试验5的23.08 ℃都要低，是最低温度状态。

为确保试验的可靠性，继续进行试验6，测试结果显示，试验4、5、6这相邻的3组试验温度差异都较小，且已大体趋于稳定，故可结束试验。试验2至试验6的部分数据见表2。

表2 试验2至试验6结束时各头部测量点及中央温控点温度数据

2.3 试验分析及结果

根据上述6组试验数据，将各组试验的头部及车厢中央温控点平均温度绘制成图，如图4所示，可以看出，从试验4开始，后续试验平均温度大体趋于稳定，且试验4为最低温度点，故可以判断试验4的250 g冷冻油能够使空调性能发挥最佳。

图4 6组试验平均温度曲线

3 结束语

本文采用阶梯式的冷冻油加注方案进行逐步试验，确定了该空调系统最佳的冷冻油加注量。该项试验结果不仅能够确保该空调系统的性能发挥和各部件的使用寿命，还对售后维修保养有极其重要的指导作用。