汽车双空调系统油循环率的测定研究

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434）

0 引言

当前，随着人们生活水平的不断提高，有车一族也越来越多，人们对汽车的舒适性有了更高的要求，而汽车空调的制冷性能是整车舒适性的重要指标。汽车空调的制冷性能好坏与系统的润滑油息息相关，润滑油的多少和循环情况影响着空调的制冷效果。为了更好地确定润滑油量以及油循环率，我们有必要进行台架测定。

1 汽车空调系统的组成和类别

汽车空调系统主要是由压缩机、冷凝器、HVAC 总成、空调控制器、管路和传感器等组成。汽车空调系统有单系统和双系统两大类，系统有一个HVAC 总成的为单系统，有两个HVAC 总成的为双系统。图1所示为汽车双空调系统的组成。

2 汽车空调润滑油的作用与油循环率

压缩机是汽车空调系统中的心脏，它是由发动机皮带和电磁离合器来驱动的。其功能是吸入蒸发器中蒸发气化后的低温低压气态制冷剂，通过压缩后将高温高压的气态制冷剂送到冷凝器中。

图1 汽车双空调系统的组成

润滑油在压缩机中的作用为润滑和密封。压缩机工作时不仅需要润滑油来润滑运动部件，还需要润滑油对泄漏部位进行密封，由此来看制冷剂中带油量越大越好。但是，制冷剂带油量过大，会对换热器换热效果产生不利影响，进而影响整个空调系统性能。而润滑油量减少时，则会对压缩机可靠性产生不利影响，严重时会导致压缩机由于高温而被烧坏。因此，为了保证润滑油的容量合适，有必要通过台架来测定润滑油量和油循环率。

空调系统油循环率（Oil Circulation Rate，简称OCR）)是指参与空调系统循环的润滑油质量流量与润滑油、制冷剂混合物的质量流量之比[1]，计算公式如下：

式中 OCR——油循环率

G1——润滑油质量流量

G2——制冷剂质量流量

3 汽车空调油循环率的测定

3.1 空调系统测试台架

双空调系统测试台架由前HVAC、后HVAC、冷凝器总成、压缩机、实车空调管路以及流量计、转速表等组成。

3.2 油循环率测试

汽车双空调系统油循环率的测试是根据空调系统及压缩机排量，先设定此次润滑油量，再按空调系统的高负荷、中负荷和低负荷不同工况条件进行测试。测试的结果与油循环率基准区域比对，在允许范围区域则为符合要求，否则需调整油量再进行测试，直到符合标准为止。这样得到的润滑油量则为系统的油用量。

3.2.1 润滑油初始量和制冷剂量设定

由于该空调系统采用160 mL 排量的压缩机，该压缩机的基本润滑油量为135 g,再考虑空调管路上存留量大约为20 g，故此，先设定此次润滑油量为155 g。

空调系统的制冷剂量经过测定为1 080 g。

因此，空调系统油循环率根据台架所测得的润滑油和制冷剂质量流量测量值，由公式（1）进行计算所得。

3.2.2 测试过程与结果

空调系统油循环率与空调的高低负荷有关，由于双空调系统有前HVAC 和后HVAC，这样就要根据不同的使用情况，包括高负荷高转速、高负荷低转速、低负荷高转速和低负荷低转速等不同工况来进行测定[2]。测试时通过前、后HVAC 风量不同：①前、后HVAC 的风量都调到Hi；②前、后HVAC 风量都调到Lo；③前HVAC 风量调到Hi，后HVAC 风量调到Lo；④前HVAC 风量调到Hi，后HVAC 风量调到OFF。另外，还需要在不同车速条件下进行测试。

一般情况下，空调系统的油循环率在不同的压缩机转速下为1.5%～8%，可以根据测试结果与油循环率分布范围比对，以此确定油循环率是否合理。

3.2.2.1 试验工况Ⅰ

（1）试验条件：环境温度设定为30±1℃，相对湿度为50±10%，空调系统调整为外循环、吹脸模式（FACE），前、后HVAC 的风量都调到Hi，空调系统的温度调到最低Lo。

（2）试验车速：先是怠速（0 km/h），然后车速设定为40±3 km/h，之后每隔20 km/h 递增，直到车速达到120 km/h。

（3）试验结果：高负荷状态下，油循环率结果如表1和图2所示。

由上可知，HI/HI 工况测到的油循环率5.60%～6.40%，该结果在允许基准的区域内。由此判定，油量在前、后HVAC 的风量都调到Hi 时是合适的。

3.2.2.2 试验工况Ⅱ

（1）试验条件：环境温度设定为30±1℃，相对湿度为50±10%，空调系统调整为外循环、吹脸模式，前、后HVAC 的风量都调到Lo，空调温度调到最低Lo。

（2）试验车速：先是怠速（0 km/h），然后车速设定为40±3 km/h，之后每隔20 km/h 递增，直到车速达到120 km/h。

（3）试验结果：该工况下，油循环率测试结果如表2和图3所示，满足标准区域。

由上可知，Lo/Lo 工况测到的油循环率4.80%～6.20%，在允许基准的区域内。由此判定，油量在前、后HVAC 的风量都调到Lo 时是合适的。

3.2.2.3 试验工况Ⅲ

（1）试验条件：环境温度分别设定为25℃、30℃、35℃和40±1℃，相对湿度为50±10%，空调系统调整为外循环、吹脸模式，前、后HVAC 的风量分别调到Hi、Lo，空调温度调到最低Lo。

表1 Hi/Hi 工况下油循环率测试结果

图2 Hi/Hi 工况下油循环率测试结果分布区域

表2 Lo/Lo 工况下油循环率测试结果

图3 Lo/Lo 工况下油循环率测试结果区域

（2）试验车速：首先是怠速（0 km/h），然后为120 km/h。

（3）试验结果：后空调低负荷状态下，车速为120 km/h 和怠速的油循环率结果如表3和表4所示，油循环率测试结果分布区域如图4和图5所示。

表4 Hi/Lo 时怠速工况下油循环率测试结果

图4 Hi/Lo 时120 km/h 工况下油循环率测试结果分布区域

图5 Hi/Lo 时怠速工况下油循环率测试结果分布区域

由上可知，Hi/Lo 工况测到的油循环率均分布在允许的基准区域内，说明油量在此工况下是合适的。

3.2.2.4 试验工况Ⅳ

（1）试验工况：环境温度分别设定为30±1℃，相对湿度为50±10%，空调系统调整为外循环、吹脸模式，前、后HVAC 的风量分别调到Hi、OFF，空调温度调到最低Lo。

（2）试验车速：首先是怠速0 km/h，然后为120 km/h。

（3）试验结果：后空调关闭状态下，怠速时油循环率满足要求，120 km/h 时油循环率下降趋势，持续5 h 后会低于规定值，见表5、表6所示，分布区域见图6和图7所示。

表5 Hi/OFF 时怠速工况下油循环率测试结果

表6 Hi/OFF 时120 km/h 工况下油循环率测试结果

图6 Hi/OFF 时怠速工况下油循环率测试结果分布区域

图7 Hi/OFF 时120 km/h 工况下油循环率测试结果分布区域

由上可知，Hi/OFF 工况测到的油循环率是分布在允许的基准区域内，说明油量在此工况下是合适的。

4 结束语

本文是对汽车双空调系统油循环率测定的总体介绍。由于有前、后HVAC 总成，因此需要搭建实验室系统台架分别进行4 种工况的测试，根据测试油循环率的分布区域结果进而确定润滑油量。合适的润滑油量一方面保证了压缩机的正常运转，另一方面又能使整个空调系统的制冷性能发挥到最佳，制冷效果良好。

本文的主要创新点是研究了双空调系统油循环率的测定方法，4 种工况完全覆盖了前、后HVAC 的润滑油循环情况，从而确保测定出来的润滑油量是合适的，这区别于单空调系统的测定方法。通过此研究有效拓展了空调系统油循环率的测试方法，为空调系统油循环率的测定提供了新的有效途径。