中型客车空调系统的研究

梁志礼、崔梦斐、牛国庆

（黄河交通学院 454950)

0 引言

世界空调技术的快速发展，带动了我国空调系统的研究进程。目前，美国生产的客车12%装备了自动空调系统，有82%的客车装备了手动空调系统，智能化和自动化无疑是目前发展的重点。反观国内，汽车空调生产如何走上专业化、规模化的经营之路，将成为我国未来几年汽车空调业迫切需要解决的问题。

1 客车空调系统的功能与工作原理

1.1 空调系统的功能介绍

调节车内温度是汽车空调的基本功能，汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车室内的温度，在夏季由制冷装置完成车内降温工作。普通汽车空调一般不具有调节车内湿度的功能，只有高级豪华汽车采用的冷暖一体化空调器，才能对车内的湿度进行适量的调节。由于车内空间小，乘员密度大，车内极易出现缺氧和二氧化碳浓度过高的情况，因此必须要求汽车空调具有补充车外新鲜空气，过滤和净化车内空气的功能[1]。

1.2 客车空调的制冷过程和采暖装置

客车空调制冷系统由压缩机、膨胀阀、冷凝器、蒸发器和鼓风机等组成。其工作循环的过程包括压缩过程、散热过程、节流过程和吸热过程。这4个循环过程周而复始的进行，达到降低蒸发器周围空气温度的目的。

客车空调的取暖系统分为余热式取暖系统和独式热源取暖系统。大中型客车上通常用的是独立热源水暖装置，水加热器的最大优点就是不仅可作为车厢取暖之用，而且可以预热发动机、润滑油和蓄电池，便于冬季发动机起动。

2 中型客车空调系统的计算

2.1 压缩机及其排量的选择

压缩机是空调系统的“心脏”。目前空调系统所使用的压缩机均为容积式制冷压缩机，主要分为曲轴连杆式、斜盘式和涡旋式等，压缩机排量L与蒸发器产冷量口,以及压缩机转速n之间的关系式。

式中v"为压缩机吸气口处制冷剂蒸气比容；n为压缩机转速；x为蒸发器出口处制冷剂的干度；y为制冷剂在相应蒸发温度下的气化潜热。当蒸发器产冷量确定后，压缩机的排量仅与其转速有关，两者成反比。如果把压缩机的排量选择增大，使所需的转速较低，那么压缩机将始终在超过所需转速上工作，其结果是蒸发温度经常降低到0℃以下，使防霜开关频繁进行工作，这样容易损坏机件。如果排量选小了，使所需的额定转速太高，在发动机怠速运转时，压缩机转速过低，制冷量严重不足，而且在车速很高时，压缩机转速将超过极限，容易损坏压缩机[2]。

2.2 冷凝器的选择

冷凝器设计合理是提高空调制冷能效比的一个重要环节。有试验表明：在相同的迎风面积下，平行流结构比管带式的换热能力提高了38%，制冷剂侧流动阻力降低了70%，质量减轻了30%。平行流冷凝器具有空气侧和制冷剂侧的压力损失小、换热系数高、所占空间小、质量轻且制冷剂充注量少、冷凝温度和压力相对较低等优点。但其结构特点使得其焊缝长、焊接点多，在大客车上使用的大尺寸芯体可靠性及耐冲击性还需要进一步验证[3]。

2.3 蒸发器的选择

蒸发器作为空调系统中直接产生冷量的部件，决定着空调的实际制冷效果。蒸发器的任务是将膨胀阀降压后的低温、低压液态制冷剂气化，吸收车内空气的热量并凝结成水蒸气，空气通过蒸发器时，热量被蒸发器中的制冷剂带走，实现对空气的降温或除湿。作为换热器，铜管铝片式蒸发器的制作和铜管铝片式冷凝器基本相同，其差别是蒸发器的翅片表面采用亲水处理。经过亲水处理的翅片能使水蒸气凝结时形成极薄的水膜，避免因形成水珠增加风阻，从而提高换热能力及寿命。

3 模糊控制在空调控制器中的应用

为了使汽车空调系统能正常工作，维持车室内所需的舒适性条件，汽车空调系统中需要有一系列控制元件和调节执行装置。在实际生产过程中，有经验的操作人员，虽然不懂被控对象或被控过程的数学模型，却能凭借经验采取相应的决策，很好的完成控制过程。这里人的经验可以用一系列具有模糊性的语言来表达，这就是模糊条件语句。再用模糊推理对系统的实时输入状态观测量进行处理，则可产生相应的控制决策，这就是模糊控制[4]。所以模糊化在智能控制中越来越引起人们的关注。

4 中型客车空调系统的噪声分析

按照声源不同，噪声可以分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。机械噪声主要是由于固体震动而产生的，在机械运转中，由于机械撞击、摩擦、交变的机械应力以及运转中因动力不平均等原因，使机械的金属板、齿轮与轴承等发生震动，从而产生机械噪声。空调系统按照声源的不同，系统噪声可分为气体噪声、固体噪声以及液体噪声，从整车结构上将空调系统噪声分为前舱噪声和室内噪声2种。

4.1 空调系统前舱噪声

空调系统前舱噪声主要由压缩机噪声、冷却模块与管路震动噪声以及冷媒流动噪声几个部分组成。而对空调出现的噪音影响最大部分为：压缩机单件、空调系统匹配、压缩机与发动机的装配[5]。

4.2 空调系统室内噪声

由于客车室内空间是一个密闭的空间，室内的噪音来源不仅有来自室外及客车机械系统产生的，还有自己内部的噪声，例如：鼓风机单体噪声、内部风道、风门和内部结构产生的噪音。

5 降低客车空调系统的噪声

为降低中型客车空调系统的噪声，除了在低压管上增加胶管和消声器外，在高低压管冷凝器固定点处增加橡胶减振垫。由于蒸发器气流不均匀，出现有些区域风速大，有些区域风速小，甚至有些区域没有风流过。这会导致蒸发器部分区域得不到有效利用，蒸发器换热效果差和易结霜，同时容易造成局部风速过大、风量不均匀引起压迫噪声，与设计目标不符。为了使蒸发器迎风面压力梯度小，且气流最大限度流过蒸发器，需要对壳体进行修改，把蒸发器一侧壳体型线修改成阶梯状，这样会使气流顺着阶梯逐步流向蒸发器迎风面。气流均匀分布在蒸发器流场上，提高蒸发器换热效率，减少风道局部压力过高，从而降低风道噪声[6]。