某车型空调系统降温性能试验分析

马海涛

（北京汽车研究总院有限公司，北京　101300）

某车型空调系统降温性能试验分析

马海涛

（北京汽车研究总院有限公司，北京101300）

汽车空调系统作为整车系统的重要组成部分，空调系统性能的好坏直接影响着整车舒适性，所以在车型开发过程中对空调系统降温性能进行试验验证尤为重要。本文着重介绍研究院电子电器部门委托试验部开展某车型的空调降温性能试验，同时，简单描述空调系统原理及降温试验方法。对该车型空调降温试验过程中发现异常的数据进行分析，得出的结论是其降温性能满足设计要求，经过一系列的整改然后再验证措施，空调系统的降温性能差的问题得以解决。本次试验-整改-再验证的过程不仅对整车开发提供了数据支撑，同时也增强了自身在试验过程中判断问题、分析问题和解决问题的能力。将所学到的知识更好地运用到试验过程中，为整车开发提供可靠的试验保障。

空调；性能；分析

随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车开始走进千家万户。人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性的同时，如今也更加追求舒适性的要求。因而，空调系统作为现代轿车的基本配备，也就成了必然。

汽车空调的作用已经是众所周知的，尤其是随着地球表面气温的日益变暖，人们对空调的需求日益迫切，对空调品质的要求越来越高，不仅轿车和客车装有空调，现在不少工程车和载货汽车上也装有空调装置。汽车空调是对车厢内的温度、湿度、流速进行控制，使其保持在驾驶人员感觉舒适的范围内。本文介绍某车型空调系统的测试方法、测试结果，通过分析、整改，提高空调系统的降温性能。

1　汽车空调组成及工作原理

1.1汽车空调的作用

空气调节一般有4个要素：温度、湿度、气流和洁净度。由于空调一定要有气流的流动，一般由鼓风机来完成，鼓风机的噪声和空气通过风道时产生的噪声使人感到不舒服，因而减小风机噪声和气流噪声也就成了空调的任务。

调节温度是空调的主要任务。汽车空调首先是要有暖气设备，其结构比较简单，轿车和中小型汽车一般以发动机冷却水作为暖风的热源；夏季的降温则是由制冷装置独立完成。而通风过滤设施则可以保证车内空气的洁净。

1.2汽车空调的组成

汽车空调一般主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液干燥器、管道和控制系统等组成。

汽车空调分高压侧和低压侧。高压侧包括压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、储液干燥器和液体管路；低压侧包括蒸发器、回气管路和压缩机输入侧。储液干燥器实际上是一个吸收制冷剂中水分、杂质、储存和干燥制冷剂的装置。

冷凝器和蒸发器虽然叫法不一样但是其结构类似。他们都是在弯绕的管路上布满了一排排薄薄的散热片，以此来实现外界空气与管路内的介质进行热交换的装置。冷凝器的冷凝指管道内的气态制冷剂散热后变成液态，其原理与发动机的散热水箱类似，只不过散热水箱内一直都是液体。所以冷凝器也被安装在车头部位，目的是利用迎面风给冷凝器降温，促进其冷凝。蒸发器与冷凝器正好相反，它是制冷剂由液态变成气态的装置。

管道由于要注入一定量的高压制冷剂，所以必须采用金属管路，特别是从压缩机到冷凝器到膨胀阀这段，由于属于系统的高压端，所以比其它管道有更高的耐高压要求。

压缩机作用就是使制冷剂完成从气态变成液态的转变过程，同时在整个空调系统中压缩机还是管路内介质运动的压力源。压缩机是空调制冷系统的心脏，是一种使制冷剂在循环系统内流动的动力源。

1.3汽车空调的工作原理

汽车空调和我们家用空调的制冷原理是一样的，都是利用制冷剂压缩释放的瞬间体积急剧膨胀吸收大量的热能来制冷。汽车空调的压缩机往往安装在发动机上，大多数压缩机都是由皮带驱动；冷凝器安装在汽车散热器的前方；而蒸发器安装在仪表板下方。

工作时，由蒸发器出来的低压气态制冷剂流经压缩机变成高温高压的气态制冷剂，经过冷凝器散热管降温冷却变成高压低温的液态制冷剂，再经过储液干燥器除湿与缓冲，然后以较稳定的压力和流速流向膨胀阀，经节流和降压最后流向蒸发器。制冷剂一遇到低压环境即蒸发，吸收大量的热量使蒸发器表面温度降低，车窗内的空气不断流经蒸发器，车厢内的温度也就因此下降。液态制冷剂流经蒸发器后再次变成低压气体，又重新被吸入压缩机进行下一次的循环工作。在整个系统中，膨胀阀是控制制冷剂进入蒸发器的开关，制冷剂进入蒸发器太多而不易蒸发，太少制冷量又不够，因而，膨胀阀是调节中枢。汽车空调组成及原理见图1。

2　试验方法及试验结果

2.1降温试验方法

2.1.1试验目的

依据某车型开发计划及试验计划，为了验证该车型空调系统在高温条件下的降温性能。

2.1.2试验条件

1）试验车辆应满足条件检查车辆准备完整性及装配调整情况，使之符合车辆装配调整技术条件；确认轮胎气压符合车辆使用说明书的相关规定；确认空调系统安装达到设计要求，工作正常。

图1　空调系统组成及工作原理图

2）试验测量阶段试验车辆保温结束后，驾驶员进入车内，接通压缩机和鼓风机开关，并将鼓风机风速设定为最高挡。然后驾驶员起动发动机，开始计时t=0min。

按表1的要求开始试验，迎面风速应等于试验车速；按表2的规定测量采集数据，试验开始后每隔1 s测量一次、记录一次各测点的数据。

表1　试验工况表

2.2试验数据及结果

降温试验吹面出风口平均温度数据见表3，乘员头部呼吸点平均温度见表4，呼吸点温度随时间变化趋势见图2，吹面出风口温度随时间变化趋势见图3。

3　试验结果分析及整改

试验结束后对试验结果进行了分析，由图2中可以看出，试验过程中乘员呼吸点温度在40℃左右，趋于平稳，整个试验过程中温度降低不大；从表4中的数值可以直接看出试验结束后呼吸点温度为36～40℃，远高于试验要求温度。对表3中空调系统压力数据进行了分析，发现整个试验过程中高压小于11 bar，低于空调系统的正常压力值。

以上结果由2种可能的原因造成。第一是数据采集设备及温度和压力传感器出现问题，导致数据偏差；第二是空调系统内制冷剂不足，导致空调系统试验过程中高压过低，系统制冷能力不够，从而使呼吸点温度过高。

表2　测试点

表3　降温试验吹面出风口平均温度数据表

图2　呼吸点温度随时间变化趋势图

图3　吹面出风口温度随时间变化趋势图

表4　乘员头部呼吸点平均温度℃

经过对采集设备的检查，并未发现设备出现问题，排除设备故障问题，从而确定原因为制冷剂不足导致制冷性能差。造成制冷剂不足的原因主要有2点。第一，空调管路泄漏造成制冷剂不足；第二，试验前制冷剂数量本身就低于正常水平。对空调管路进行检查后，发现管路无泄漏制冷剂现象。与专业人员沟通后，得知此车辆试验前制冷剂为400 g。由此判断，400g制冷剂过少，需开展制冷剂加注量试验，以确认空调系统正常制冷所需制冷剂数量。首先将空调管路制冷剂排出，抽真空然后保压一段时间，其目的是确保空调管路系统的密封性。一次性加入400 g制冷剂，然后每次增加50g，每次加注完毕待系统运行稳定后读取压力和温度值，通过公式计算出膨胀阀出口过冷度，过冷度为25，且压缩机高压稳定在合理的数值时，停止加注。此时制冷剂加注质量为500g，加注量试验完成后重新开展空调系统降温试验。

加注量调整后，按照上面所描述的降温试验方法进行降温试验，整改后的各项数据见表5、表6、图4和图5。

表5　整改后降温试验吹面出风口平均温度数据表

表6　整改后乘员头部呼吸点平均温度数据表

图5　整改后吹面出风口温度随时间变化趋势图

由表5、表6可以看出，呼吸点温度与出风口温度明显低于整改前。为了更直观地看到前后数据差异，将整改前后的降温数据进行了对比，详见表7。

表7　整改前后平均温度数据表

由表7可以看出，整改后的呼吸点温度明显低于整改前，车速为100km/h与怠速两个工况呼吸点平均温度低于32℃。符合设计要求，冷却系统制冷明显。

4　结论

通过本次开展的空调降温性能试验，对空调系统的组成和工作原理有了进一步的了解，更重要的是在试验过程中能够去发现问题，然后寻找解决问题的思路和方法。相信随着试验经验的不断积累，能够将研发车型的空调系统性能得到提高，增强客户的满意度。

［1］ GMW 3037_2001，AC System Maximum Performance Validation for Passenger Vehicles［S］.

［2］GMW-7022_2001，空调系统加注量试验方法［S］.

（编辑陈程）

Testing and Analysis on a Vehicle Air-conditioner Cooling Function

MA Hai-tao
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

As an important part of the vehicle system，functionality of the air-conditioner directly affects the travelexperience.Therefore，testingandvalidatingthecoolingfunctionofair-conditionerisvitalinvehicle development.Thispaperfocusesonanair-concoolingfunctiontestingentrustedbyelectrical&electronic department，and also simply demonstrates the air-con working principal and cooling function testing method.Through analyzing abnormal data in the test，the cooling function is concluded to be ok.It meets design requirements after series of improvement and validation，the issue of poor functioning is also solved.This test-improve-test procedure not only provides valuable data in vehicle development，but also helps increase problem-solving ability.This paper applies learnt knowledge in testing process，and provides reliable testing guarantee in whole vehicle development.

air-conditioner；functionality；analysis

U463.851

A

1003－8639（2016）09－0063－04

2015-11-09；

2015-11-12