关于某出口海外车型空调系统性能的提升与分析

周思林，何林军，于河龙，盛伟琪

（浙江吉利汽车有限公司，浙江 宁波 315800）

关于某出口海外车型空调系统性能的提升与分析

周思林，何林军，于河龙，盛伟琪

（浙江吉利汽车有限公司，浙江 宁波 315800）

详细介绍国内某车辆空调系统制冷效果差的原因，通过改善与优化压缩机传动比、增加逆流式冷凝器、优化空调管路结构、减少机舱内部热回流效性，有效提升整车空调性能水平达28 %左右，同时提高了该车型在海外市场的竞争力，销量节节攀升。

小轮径压缩机；逆流式冷凝器；同轴管路；导风板结构

随着目前我国自主品牌车辆快速发展，许多自主品牌汽车已摆脱国内市场的限制，积极到海外市场进行拓展。热带尤其是海湾地区环境与国内差距巨大，若国内车辆空调系统不做提升直接应用于海湾热带地区，空调系统制冷效果将大大下降。而目前大多出口海湾地区车辆，均与国内车辆为同一平台，未进行新车型开发，因而空调系统设计存在局限型，无法进行空调系统整体重新匹配开发。因此，如何在保证空调系统现有构架基础上，对空调系统零部件优化提升，以满足海湾地区空调制冷性能，成了各大汽车厂商共同研究的课题。本文就从各个方面综合阐述，对现有空调系统进行优化提升。

1 空调制冷效果差原因分析

沙特、阿曼、巴林等海湾地区国家，处于北回归线高压带，属于热带、亚热带沙漠气候。一年有8个月时间平均气温在40 ℃以上，特别是在沙漠地带，正午时分气温可能高达60 ℃。某车型的空调制冷系统是基于国内标准来设计的，前期设计只是初步包含海湾地区的高温工作环境，以致在空调系统的制冷量选择偏小，导致车内的温度高于空调所设定的温度。国内某车型分别按照海湾工况与国内工况进行环模试验得出的数据见表1，由数据可以看出，同样的空调系统，在海湾工况下比国内工况下空调制冷性能要高50 %以上。因此要提升海外空调性能，需要对整车空调系统进行优化，相关零部件做改进，制冷量提升，包括压缩机结构、冷凝器结构、机舱内部热平衡性能等［1］，都需要做一些优化。

表1 海湾与国内工况试验对比

2 制冷系统优化

汽车空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、风机及管路与控制部件等组成。空调制冷工作原理如图1所示。

图1中，1→2：压缩机压缩过程；2→3：冷凝器冷凝过程；3→4：膨胀阀减压过程；4→1：蒸发器吸热过程；由图1可知4→1长度为空调制冷量。

图1 空调制冷工作原理图

2.1 压缩机

空调压缩机是空调系统的核心部件。空调压缩机的功能是借助外力（例如发动机动力）维持制冷剂在制冷系统内的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸气，压缩制冷剂蒸气使其温度和压力升高，并将制冷剂蒸气送往冷凝器，在热量吸收和释放的过程中，就实现了热交换。

方案内容：减小压缩机皮带轮直径，提升同等转速下压缩机功率。压缩机制冷量公式

图2 压缩机皮带轮直径与制冷量关系

式中：n——发动机转速；λ——压缩机与发动机传动比；q ——单位体积下制冷剂制冷量；V——压缩机输气量。

由公式可知，压缩机制冷量与传动系数成正比，通过调节压缩机传动比，可在不改变排量基础上对压缩机制冷量有较大提升［2］。

图2为某车型汽车压缩机皮带轮直径与压缩机制冷量关系图。由图可以看出，在保持其他工况不变的情况下，将压缩机皮带轮直径由130 mm减少至110 mm，压缩机整体制冷量可提升18 % 。

由于在车型开发时空调系统压缩机排量、压缩机与发动机布局均已确定，若通过更改压缩机排量提升压缩机功率，则压缩机型号、压缩机与发动机安装布局、空调管路布局均需重新设计开发，工作量巨大，开发费用高、周期较长。而采用减小压缩机皮带轮直径的方法，则只需对压缩机皮带轮型号进行调整，同时选取对应的传动皮带型号，即可实现压缩机功率提升。

2.2 冷凝器

汽车冷凝器是将从压缩机送出来的高压、高温的冷媒（气态冷媒）冷却并液化它。冷凝器通过车辆移动时的空气流动及冷却风扇所产生的空气流动，使冷媒从蒸发器所获得的热量释放。冷凝器结构示意图及局部放大图如图3所示。

改善方案：减少冷凝器扁管厚度，同时增加扁管数量，增大冷凝器热交换面积，提升散热效率［3］。冷凝器换热面积公式

将N带入则

式中： h——扁管厚度；d——扁管宽度；L——扁管长度；N——扁管数量； D ——扁管总厚度；k——扁管间距； S——散热器面积。

由公式3可得出，当扁管长度、扁管总厚度、扁管宽度不变情况下，减小扁管厚度，可有效提升散热面积。图4所示为某车型冷凝器扁管厚度由2 mm改为1 mm后换热量对比图，由图4中数据可以看出，当冷凝器扁管厚度降低后，冷凝器换热量提升约15 %。

图3 冷凝器结构及局部放大图

图4 冷凝器扁管厚度与换热量关系图

2.3 空调管

汽车空调的各部件分散在汽车的各个部位，由空调管路将这些部件总成连接起来，组成一套完整的汽车空调系统。汽车空调管路一般由铝管、空调胶管及其他管路附件组成。其中，高压管为压缩机到膨胀阀之间的空调管路；低压管为膨胀阀到压缩机的空调管路［4］。

由于某车型早期的设计限制，致使冷媒在空调管路中运行时受机舱高温影响热损失较为严重，尤其在海湾地区，环境温度过高，发动机机舱某区域温度将超过100 ℃，导致冷媒冷却后的温度回升过快，直接影响了制冷效果。如图5所示。

图5 空调管热量损失示意图

将现有空调管路结构优化为同轴管路结构，增加空调高低压管换热量，降低热量损失。同轴管结构如图6所示。将高低压管结合为一根管路（同轴），通过高低压管在工作过程中自身的物理特性（蒸发器进出口处温度差大）相互传递能量，起到节能、提高制冷性能的作用。

图6 空调同轴管结构原理图2.4 导风板

2.4 导风板

怠速工况下，冷凝器前端存在两股较大回流，由于回流导致温度较高（一般超过80 ℃），影响了散热器的散热效果。为了提升空调冷凝器的散热效果，同时减少机舱内部空气的热回流，对现生产车型的机舱前部增加左右2块导风板。如图7所示。

在相同功耗情况下，冷凝器比之前的散热效果提升18 %，同时避免了热流窜动对散热器的影响［5］。增加导风板前后的散热提升效果如图8所示，增加导风板前后环模试验的机舱内热回流成像图如图9所示。通过数据对比可以看出，随着风流速的增大，增加导风板的散热效果有显著提升。

图7 导风板位置

图8 导风板散热提升效果

图9 机舱内热回流成像图

3 结语

针对各影响点进行理论计算及试验数据分析，对压缩机、冷凝器、空调管路、导风板等进行改进优化。通过减小压缩机皮带轮直径来增加压缩机单位时间制冷量，增大冷凝器热交换面积来增加换热量，使用同轴管来减少低温损失，使用导风板来避免热流窜动等方案进行提升优化［6］。表5为此次改进前后的效果提升数据对比，根据对样件装车的数据结果分析，测试结果达到了技术标准要求，同时满足在海湾地区市场需求，大大提高整车空调性能水平。最终通过以上这些方案验证和实施，车辆空调制冷效果明显提升，该车型得到市场的认可，在海湾国家销量节节攀升。

表5 改进前后数据对比

［1］QC/T 657-2000，汽车空调制冷装置试验方法［S］.

［2］Q/JLY J7110418 A-2011，汽车空调管路总成技术条件［S］.

［3］王若平.汽车空调［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［4］孙任云，付百学.汽车电器与电子技术［M］. 北京：机械工业出版社，2009.

［5］丁国良，张春路.制冷空调装置仿真与优化［M］. 北京：科学出版社，2001.

［6］阙雄才，陈江平.汽车空调使用技术［M］. 北京：机械工业出版社，2003.

（编辑 凌 波）

The Performance Analysis and Improving of Air-Conditioning System on An Export Vehicle Model

ZHOU Si-lin， HE Lin-jun， YU He-long， SHENG Wei-qi
（Zhejiang Geely Automobile Co.， Ltd.， Ningbo 315800， China）

The paper describes how to improve the performance of air-conditioning system on a domestic-produced vehicle. Through improving compressor gear ratio， increasing counter-current condensers， optimizing tube structure and reducing the hot reflux in the engine room， the A/C performance is raised up to 28 %， which strengthen the competitiveness of this car in foreign market and boots the sale.

small compressor wheel diameter; counter-current condenser; coaxial piping; wind deflector

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0075-03

2016-10-08；2017-04-17

周思林（1984-），男，工程师，主要从事新能源汽车电气开发、设计工作。