空调系统冷冻油循环率对制冷性能影响的试验研究

秦 红

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

空调系统冷冻油循环率对制冷性能影响的试验研究

秦 红

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

针对空调系统在不同工况下的不同含油率，通过台架试验进行分析，提出系统最佳含油率的范围。

汽车空调系统；含油率；台架实车管路实验；制冷效果

汽车空调系统的核心部件有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，由其组成的空调系统来满足车内驾乘人员的舒适性要求。压缩机是整个系统的“心脏”，由其提供系统循环的动力，压缩机的工作状态直接决定了整个空调系统的运行。不论何种形式的压缩机，其内部均是由各种运动部件构成，在运动过程中形成容积不断变化的封闭腔体，以达到吸收低压制冷剂将其压缩成高压制冷剂的目的。在此过程中不仅仅需要有冷冻油为其润滑，带走由于摩擦产生的热量，同时也依靠冷冻油密封各部件的间隙，若冷冻油不足将导致各部件之间“串气”，不能达到设计压差，降低系统制冷效果，但空调系统在正常工作时，冷冻油不仅仅存在于压缩机内部，其将随着制冷剂的流动充斥在整个空调系统内部各个部件中。对于冷凝器及蒸发器这2个换热器来讲，冷冻油的存在将导致其制冷剂侧的换热能力降低，所以选取既能保证压缩机正常工作，同时又对换热芯体能力影响最低的冷冻油加注量至关重要，而表征冷冻油加注量的重要指标就是系统冷冻油循环率。本文通过长城汽车某车型空调系统在开发过程中的台架试验对空调系统冷冻油循环率进行分析研究，从其对空调系统换热量的影响方面提出最佳含油率的范围。

1 试验模型及试验原理

1.1 试验模型

为了真实反应出实车上空调系统的表现，本试验采用台架实车管路试验，完全模拟实车装配状态，将压缩机、冷凝器、HVAC总成以及管路按实车各零部件布置方位进行安装。试验台电动机为压缩机提供动力，试验台风洞采集HVAC总成和冷凝器换热量。在管路中间加装特制制冷剂采集装置，用以测试系统冷冻油循环率。台架实车管路试验模型如图1所示，制冷剂采集装置如图2所示。

图1 台架实车管路试验模型

1.2 冷冻油循环率

在空调系统运转过程中，冷冻油与制冷剂、冷冻油混合物的质量百分比，称为冷冻油循环率（ Oil Circle Rate，简称OCR）。通过制冷剂采集系统，采集并计算系统OCR。

1.3 试验原理

将某车型空调系统的压缩机（变排量）、冷凝器（4流程）、膨胀阀（H型）、HVAC总成（4流程蒸发器）用实车使用的管路连接起来，在压缩机中加入不同量的冷冻油，测量冷冻油循环率，并分别在不同的冷冻油循环率下测试系统在各种复杂变化工况下的制冷性能，从而得出最佳冷冻油循环率。

图2 台架实车管路试验中的制冷剂采集系统

2 台架试验过程

2.1 冷冻油循环率工况

在试验系统中加入不同量的冷冻油，并测试其OCR值，具体测试数据见表1。

表1 冷冻油循环率测试数据

2.2 台架试验工况

为了更准确地体现出在不同OCR对空调系统的换热量影响，选取了4个工况进行验证，包含高负荷高转速、高负荷低转速、低负荷高转速和低负荷低转速。具体条件见表2。

表2 台架实车管路试验条件

2.3 台架实车管路试验结果

在不同含油率下，各工况的台架实车管路试验结果见表3。

表3 台架实车管路试验数据

为了便于数据趋势分析，采用换热量变化率v进行比较。换热量变化率为两相邻工况换热量的差值，占前工况换热量的百分比，即

式中：v——换热量变化率；Q1——前工况换热量；Q1——后工况换热量。

2.4 高负荷低转速换热量变化趋势分析

在不同OCR下，分析此空调系统高负荷低转速换热量变化，具体变化率见表4，变化曲线如图3所示。

表4 高负荷低转速工况数据

图3 高负荷低转速换热量变化趋势

通过图3可知，在高负荷低转速工况下，此空调系统OCR由4.72上升到6.56，换热量成上升趋势，增长0.96 %。OCR=7.87时，换热量比OCR=4.72工况下降1.86 %；OCR由4.72上升到7.87，换热量变化率＜5 %。

2.5 高负荷高转速换热量变化趋势分析

在不同OCR下，分析此空调系统高负荷高转速换热量变化，具体变化率见表5，变化曲线如图4所示。

表5 高负荷高转速工况数据

图4 高负荷高转速换热量变化趋势

通过图4可知，在高负荷高转速工况下，此空调系统OCR由4.72上升到6.56，换热量成上升趋势，增长1.63 %。OCR=7.87时，换热量比OCR=4.72工况下降4.52 %；OCR由4.72上升到7.87，换热量变化率＜5 %。2.6 低负荷低转速换热量变化趋势分析

在不同OCR下，分析此空调系统低负荷低转速换热量变化，具体变化率见表6，变化曲线如图5所示。

表6 低负荷低转速工况数据

图5 低负荷低转速换热量变化趋势

通过图5可知，在低负荷低转速工况下，此空调系统OCR由4.72上升到6.56，换热量成上升趋势，增长0.37 %。OCR=7.87时，换热量比OCR=4.72工况下降4.81 %；OCR由4.72上升到7.87，换热量变化率＜5 %。

2.7 低负荷高转速换热量变化趋势分析

在不同OCR下，分析此空调系统低负荷高转速换热量变化，具体变化率见表7，变化曲线如图6所示。

表7 低负荷高转速工况数据

图6 低负荷高转速换热量变化趋势

通过图6可知，在低负荷低转速工况下，此空调系统OCR由4.72上升到6.56，换热量成上升趋势，增长0.41 %。OCR=7.87时，换热量比OCR=4.72工况下降4.44 %；OCR由4.72上升到7.87，换热量变化率＜5 %。

3 结论

通过对长城汽车某车型空调系统在台架实车管路试验台进行的试验分析可知：OCR在4.72 %～6.56 %内，换热量呈上升趋势，同时OCR在4.72 %～7.87 %范围内，换热量变化率＜5 %。因此，空调系统冷冻油循环率OCR在4.72 %～7.87 %时，系统制冷效果最佳。日后在汽车空调系统开发过程中，可以借鉴此结论来选取系统最佳冷冻油加注量。

［1］长城汽车股份有限公司空调事业部.台架实车管路试验搭建规范［Z］.

［2］长城汽车股份有限公司空调事业部.空调系统性能试验标准［Z］.

（编辑 杨 景）

Research of the Effect of Compressor Oil Circulation Rate on A/C Cooling Performance

QIN Hong
(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, Baoding 071000, China)

Based on the compressor oil rate of A/C under different working conditions, an analysis through experiment platform test is conducted and then a system optimal oil rate is proposed.

automotive A/C; oil rate; experiment platform; cooling performance

U463.851

A

1003-8639（2017）06-0078-03

2016-10-24；

2016-12-17

秦红（1981-）女，河北保定人，工程师，主要从事汽车空调系统的设计开发工作。