商用车车载新风系统研究

黄志冰，王威，宋显辉，邓小勇，周涛，凌玉虎

（1.江铃汽车股份有限公司整车工程开发部，江西 南昌 330001；2.江西新电汽车空调系统有限公司技术部，江西 南昌 330001）

前言

近年来，随着国内汽车产业的高速发展以及人们对车内空气质量要求的逐步提高，根据2017年9月J.D.Power发布的2017中国新车质量研究（IQS），“车内有令人不愉快的气味”已连续3年成为了消费者投诉最多的问题。车内异味不单会对消费者感官上造成不适，更重要的是对人体健康也会有较大的影响[1]。商用车作为在设计和技术特征上用于运送人员和货物的汽车[2]，其由于内饰异味而导致顾客抱怨的数量也在逐年增加。目前国内主流商用车型为满足后排空间，均采用单内循环后顶置空调的设计模式；单内循环无法使车舱内气体快速排出车外，导致车内空间环境质量严重下降，尤其在疫情等特殊时期会引起单位空间内的病毒数量的增加，产生交叉感染。因而，适用于商用车用的车载新风系统成为目前亟待解决的问题。

1 新风系统搭建

1.1 负压发生装置设计

根据江铃股份某款商用车型的空间大小及布置要求，选型了一款斯佩尔离心式风机011-A46-22（如图1所示），该离心式风机的主要性能参数见表1，其中P为静态压力；I为风机输入电流；Q为风机排风口流量。将该离心风机安装在车辆左右两侧靠近D立柱的轮毂包侧，并将地板开孔，用于车辆内部空气的强制排出，从而实现负压效果。同时，在风机上方设置隔音木箱，内贴减震垫，外用无纺毡包裹木箱，木箱采用两层设计结构，上层侧面放置百叶进风格栅，使得车舱内气体平稳流入木箱空腔内，经由离心风机排出车外进而达到隔音降噪目的。离心风机在车内的布置，如图2所示。

图1 斯佩尔离心式风机011-A46-22

表1 离心式风机PQ参数

图2 离心风机在车内的布置图

1.2 顶置空调内外循环切换机构设计

由于该款商用车型采用顶置空调的单内循环设计结构，此种结构由车顶内饰格栅吸入车内空气，经蒸发器制冷后由顶内饰出风口流向车内，达到制冷目的。但该结构的最大劣势在于仅采用内循环进气方式，无法引入车外新鲜空气，使得车舱内环境质量下降；通过在现有顶置空调的基础上设计了一个轻量化内外循环转换机构（如图3所示），本转换机构仅会降低乘客舱45mm的Z向高度，既满足乘客在不同环境下对内外循环自由切换的不同需求，又满足商用车对后排载人/载货空间的需求。

图3 内外循环转换机构RP件

当乘客选择外循环时，外循环风门将会打开，内循环风门关闭，车外新鲜空气将会流入车内；当乘客选择内循环时，内循环风门将会打开，外循环风门关闭，车外空气将无法流入车内以满足顾客对制冷能力的需求；内外循环可切换顶置空调外循环原理如图4所示。

图4 内外循环可切换顶置空调外循环原理图

2 实验结果分析

2.1 实验条件

实验准备两台相同型号某商用车，该车型本身装配有前空调、后顶置空调及其相关出风格栅，其中前空调采用的是单鼓风机设计结构，后空调采用的是双鼓风机的设计结构；两者的相关配置参数如表2。

表2 前后空调风机参数

将负压发生装置和顶置空调内外循环切换机构搭载其中一台车辆上后产生的气体流向简图如图5，另一台车辆维持原有配置不变，不做任何处理。另外，为简化实验，在所有实验条件下，装有负压装置的车辆上，负压装置挡位不发生变化，始终维持在1挡。

图5 试验车气体流向简图

2.2 实验结果

2.2.1 切换机构对HVAC性能影响

由于试验车装配切换机构后，后空调可实现内外循环自由切换，存在内循环和外循环两种工作状态，如图6、7所示，将内外循环出风口平均风量分别与原车单内循环进行对比可以发现：

图6 平均风量与挡位变化趋势

1）随着后空调挡位的升高，新老状态内循环及新状态外循环平均风量均有所上升，且上升趋势幅度大致相当；

2）新状态内循环的平均风量相较于老内循环状态除2挡异常外，随着挡位的升高，两者风量差的百分比逐渐增大，在7挡时达到最大的36.1%；

3）新状态外循环的平均风量相较于老内循环状态，两者在低挡位时相差不大，大约为10%左右，在7挡时达到最大的16.7%；

图7 平均风量百分比与挡位变化关系

4）新状态的内外循环平均风量之间相比，随着挡位的提高，两者相差百分比变化不大，维持在20%左右。

2.2.2 负压发生装置实验

依据国家卫生部关于负压车的标准，每小时换气为20次，负压值在-10Pa至-38Pa之间即为标准负压车[3]。将改制后某商用车型放入NVH实验室进行负压测试，测试结果表明：

1）当前后空调均关闭时，车辆负压值达到最高，为-50Pa；

2）当后顶置空调关闭时，随着前空调鼓风机挡位的提高，水平方向的出风量逐步提高，负压值逐步降低；当前空调鼓风机在最大挡时，无论顶置空调处于任何挡位，负压值均为0；

3）当前空调关闭时，随着后空调鼓风机的挡位的提高，竖直方向的出风量逐步提高，负压值逐步降低；当后空调鼓风机在最大挡位时，负压值为-32.5Pa；

4）针对该款商用车型，前空调水平方向的出风量对负压装置产生负压值的影响明显大于后顶置空调竖直方向的出风量。

图8 前后空调挡位与负压变化趋势图

3 结论

本文采用独创式的轻量化顶置空调内外循环切换机构，该结构仅降低乘客舱45mm的Z向高度，在最大限度满足商用车载人/载货的基础上，兼顾后排乘客对内外循环自由切换的需求；当乘客选择外循环时，引入舱外新鲜空气流入车内，提高车内空气环境质量。虽然内外循环切换结构会降低出风口平均风量，但可以通过增加风机工作电压来实现风量的增大。

同时，开创式地将家居市场的新风系统理念引入汽车市场；在车辆尾部安装两台负压装置从而形成负压，强制将车内混浊空气排出车外。尤其在疫情期间，可降低车内单位空间内的病毒数量，有效防止病人之间的交叉感染。

根据制造出的样车系统进行相关实验，实验表明，该商用车车载新风系统可有效形成负压，达到国家卫生部的相关负压标准，可明显改善车内空气环境质量，改善顾客车内舒适度。