车用空调压缩机选择与速比匹配

孙强，曹皇亲，吕慧

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



车用空调压缩机选择与速比匹配

孙强，曹皇亲，吕慧

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：减少汽车的空调功率消耗对于气候控制工程师来说是他们面临的关键性挑战之一。研究的主要目的是针对某平台商用车型更换发动机后，在不降低空调系统性能前提下，通过选择合适的压缩机速比降低压缩机排量，从而达到减小压缩机排量，降低成本的目的。

关键词：压缩机选择；速比

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.012

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-32-04

1、冷负荷计算

1.1 制冷剂的选择

现阶段汽车空调系统使用R134a作为冷媒，因为R134a对大气层的破坏相对较小、安全性好、无色、无味、不燃烧、不爆炸、基本无毒性、化学性质稳定，是一种理想的制冷剂，表1是R134a的一些基本性质。

表1　R134a的性质

1.2 设计目标

通常以常用车速作为设计标准，结合表2、查湿-焓图列出以下条件。

表2　中国、美国、日本室内空气计算参数值对比

根据以上条件列出技术指标，见表3。

表3　技术指标

1.3 制冷分析图

根据以上技术指标绘制下图1。

图1

①→② 压缩机中 蒸发器吸热量：Δie = i2 - i1 =29.6kcal/kg

①→② 冷凝器中 净压缩功：Δis = i4 – i3 =10.1kcal/kg

① →② 膨胀阀中 冷凝器放热量：Δic = i4 - i1 =43.3kcal/kg

①→② 蒸发器中 管路热量损失：Δie = i3 –i2=2.96kcal/kg

1.4 制冷能力计算

① 制冷量的计算

根据以下经验公式，可得：

Q = 1.5H

Q：制冷量（kcal/h）

H：热负荷（kcal/h）

② 热负荷的计算

其中 H = Hh+ HA+ HT+ HI+ HF

Hh：人体负荷（kcal/h）

Ha：新风及漏风负荷（kcal/h）

Ht：温差负荷（kcal/h）

HI：日射负荷（kcal/h）

HF：电器热负荷（kcal/h）

（1）人体负荷Hh

Hh= 100 ´ n

n： 乘员数量

100：人体每小时散热量（kcal/h）

商用车设计乘员数为3，即n = 3，代入上式得

Hh= 300（kcal/h）

（2）新风及漏风负荷Ha

HA= （1/Va）´ Vas´ Δi

Va：新风比体积（m3/kg）

Vas：新风及漏风风量（ m3/h）

Δi：内外空气比焓差（kcal/kg）

Va取0.9 m3/kg；根据表确定新风量取30 m3/（h.人），根据经验值泄漏风量取10m3/h，Vas=90+10=100 m3/h，根据车内外空气温度查焓-湿图可得出焓差Δi= 10.2kcal/h， 将以上参数代入上式得：HA=1133.3（kcal/h）

（3）车辆负荷（温差负荷Ht+ 日射负荷HI）

温差负荷Ht：Ht= K ´ A ´ Δt

K：热传导率（kcal/m2hºC）

A：车内表面积（m2）（不包括玻璃面积）

Δt：车内外空气温差（ºC）

K取经验值2.24 kcal/m2hºC，车内表面积测量得10.11 m2，以宽车身1999、一排半为例，根据顾客输入Δt = 43ºC -18ºC = 25ºC，代入上式得：

Ht= 566.2（kcal/h）

b.日射负荷 HI：

HI= Ig´ Ka´ Ag

Ig：日射热量（kcal/m2h）

Ka：热量取得率

Ag：玻璃投影面积（m2）

根据顾Ig= 860（ kcal/m2h），查4表可得Ka= 88.5%，经测量得：Ag= 0.92（ m2），代入上式得： HI= 700.2（kcal/h）

表4　（热传导率:6.629kcal/ m2h）

（4）电器热负荷HF

HF= CL1´860 ´ Kw

Kw：车内电器功率（kw）

CL1：发热系数0.6～0.75

860：1kw = 860kcal/h

这里初选Kw=400 ´ 10-3kw，CL1＝0.6得： HF= 206.4 （kcal/h）

综上所述求得Q = 1.5 ´ （300 + 1133.3 + 566.2 + 700.2 + 206.4）

= 1.5 ´ 2906.06

=4359（kcal/h）

2、压缩机选择

2.1 首先求出理论冷媒循环量

Q = Gth´Δie

Gth= Q /Δie

Q：制冷量（kcal/h）

Gth：理论冷媒循环量（kg/h）

Δie：蒸发器吸热量（kcal/kg）

前面已经求得Q = 4359（kcal/h，Δie = 29.6 kcal/kg，代入上式得：

Gth= 147.26（kg/h)

2.2 然后求出理论的排量

Gth=（Vs / V1）´（Nc´Nv´60´10-4）

Vs= GthV1/（Nc´Nv´60´10-6）

Vs：压缩机容量（cm3/r）

Nc：压缩机转速（rpm）

Nv：压缩机容积效率

V1：压缩机入口气体比体积（m3/kg）

已知Gth= 147.26kg/h、V1= 0.062m3/kg、Nc =1800rpm、Nv取0.65.

Vs=130（cm3/r）

2.3 选择的排量

实际选用压缩机应大于130（cm3/r），根据经验值，货车空调，车室空间有限，压缩机结构形式以摇盘式和斜盘式为主，一般推荐排量（120~150）（cm3/r）。某参考车选用排量为150（cm3/r）斜盘式压缩机，整车经环境模拟试验检测。性能较好。

图2　车型C驾驶室降温曲线

3、压缩机速比选择

车型C更换发动机后车型N，据发动机转速特点，在不降低性能前提下，调整发动机与压缩机速比，降低压缩机排量，降低成本。

表5　典型工况下发动机转速

3.1 降低压缩机排量

压缩机排量由150（cm3/r）减小为138（cm3/r）。

表6　发动机与压缩机参数

表7　压缩机每分钟理论排量（cm3/r）对比

图3　压缩机每分钟理论排量对比图

通过对比：车型N在40（km/h）工况下的压缩机排量比车型N要差，通过调整压缩机离合器皮带轮直径由132mm缩小为127mm，进一步优化性能。

3.2 调整发动机与压缩机传动速比

表8　发动机与压缩机参数

表9　压缩机理论排量（cm3/r）对比

图4　压缩机每分钟理论排量对比图

根据对比，在调整速比后，车型N在各典型工况下的压缩机排量与车型C基本相当。

3.3 试验验证

据调整后的压缩机速比，在更换发动机后进行环境模拟试验验证。

境模拟试验：

- 试验室温度: 43℃

- 试验室湿度: 40%RH

- 日照量: 1,000 W/㎡·h

- 试验开始: 车内平均温度达到 60℃

- 送风模式: 面部

- 进风模式: 内循环

- 冷热工况: 全冷

- 鼓风机转速: 最大

- 车内人员：1人

图5　试验工况

图6　试验图片

试验后的结构与车型C从驾驶室平均温度，脚部平均温度，足部平均温度降温曲线对比：

图7　驾驶室降温曲线对比

图8　足部降温曲线

图9　头部降温曲线

从以上曲线看出：

在缩小压缩机排量，并调整速比后空调系统制冷性能在降温速、降温幅度方面与车型C基本相当。说明通过调整速比后小排量压缩机选择是满足要求的。

4、总结

通过以上计算、对比、试验验证，我们得出，在商用车空调系统开发过程中根据发动机转速特点，选择合适的发动机与压缩机转速比，是保证空调系统性能，降低成本的一个重要方法。

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-32-04

作者简介：孙强，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

Automotive air conditioning compressor selection and match ratio

Sun Qiang, Cao Huangqin, Lv Hui
( Anhui Jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:It is one of the most pivotal challenge to reduce the depletion of vehicle air conditioning power for the climate control engineer. This paper mainly provides a way to reduce compressor delivery capacity of commercial vehicle by choosing the appropriate ratio of speed. Simultaneously, the air conditioning system’s capacity isn’t be reduced after the engineer changed.

Keywords:Compressor matching; ratio of speed