密封對空調冷凝器性能的影響研究

黃冠鑫

摘 要：為了優化汽車前端冷卻模塊設計，提高機艙熱管理性能，針對某乘用車在怠速或擁堵路行駛下出現的空調頻繁切斷問題進行分析及研究，分別對汽車空調冷凝器前端不采取密封措施和采用海綿密封方案進行對比試驗，結果表明冷凝器前端密封對于解決熱氣回流引起的空調切斷問題效果明顯。

關鍵詞：空調頻繁切斷;空調冷凝器;密封;熱氣回流

中圖分類號：U463.85? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）04-103-03

前言

汽車空調冷凝器屬于強制通風空氣冷卻式換熱器，需利用冷卻風扇（一般與發動機散熱器共用）將傳至冷凝器翅片表面的熱量帶走。冷凝器冷凝效果的好壞與冷凝器本身的散熱能力及通風效果有關，前者由冷凝器本身的結構，如空氣側參數（翅片高度、翅片間距和百葉窗角度）、流程分布、尺寸、材料和工藝所決定;后者與風扇的通風能力、冷凝器的安放位置及冷凝器周邊的導流、密封措施有關。胡曲^[1]等研究了在不同迎風速度對多流程平行流冷凝器換熱性能及風阻的影響，王東^[2]等研究冷凝器、散熱器與風扇罩之間的不同密封情況對冷卻模塊空氣流量、格柵進氣利用率和散熱器實際散熱量等評價參數的影響，呂鋒^[3]等研究密封對柴油機冷卻模塊性能的影響。雖然國內已有一些關于冷卻模塊密封對發動機艙散熱性能影響的研究，但這些研究不夠系統。冷凝器的安裝位置與周邊的密封措施一般不被工程技術人員重視，特別是在既定的設計基礎上，為降低成本而減小換熱器規格尺寸導致整車空調性能的下降更容易被忽視。

1 問題提出

某一乘用車在中東地區進行空調制冷試驗，在城市道路和怠速行駛時因空調高壓保護出現空調頻繁切斷現象，試驗采集的空調試驗數據見圖1。當時的環境溫度52℃，濕度14%，日照820～930 W/m²，空調設置內循環，最大風量和吹臉模式。

2 問題調查

通過分析試驗數據發現，在車輛低速或怠速行駛時，冷凝器前空氣溫度上升明顯，說明冷凝器前進氣存在明顯的熱氣回流現象，見圖2。

為了調查造成熱氣回流的原因，拆除了車輛前進氣格柵和前保險杠，發現發動機艙前端冷卻模塊無任何密封措施，特別是在冷凝器四周，見圖3。當車輛正常車速行駛時，冷凝器前進風壓力大于散熱器后空氣壓力，冷凝器前的空氣主要來自于進氣格柵，此時冷凝器前空氣溫度與環境溫度相當。當車輛低速或怠速行駛時，由于散熱器冷卻風扇的抽吸，散熱器后空氣壓力要高于冷凝器前空氣壓力，若散熱器與冷凝器之間無密封措施，容易導致散熱器后熱空氣回流至冷凝器前，導致空調冷卻性能變差。

為了驗證是否為熱氣回流造成的空調頻繁切斷問題，對車輛四周進行了密封處理，具體見圖4。

3 改善結果驗證

為了驗證密封的改善效果，對汽車空調冷凝器前端不采取密封措施和采用海綿密封方案進行對比試驗，結果見圖5和圖6。

圖5結果表明，密封對于城市擁堵路和怠速行駛改善明顯，空調未觸發高壓保護，乘員艙舒適性明顯得到提升;圖6結果表明，有密封冷凝器進氣溫度在上部、中部和下部較無密封狀態均有大幅度下降，熱氣回流現象明顯得到改善。綜上結果，冷凝器前端密封可以有效解決冷凝器熱氣回流問題，提升在城市擁堵路和怠速行駛空調舒適性能。

4 應用情況

綜合上述理論及實際試驗結果，對另一乘用車進行實車驗證，改善前結果見圖7，增加密封試驗結果見圖8。

圖7為另一乘用車密封前城市工況試驗結果，主要現象有：1、城市工況行駛過程中，頭部溫度基本在35℃以上;2、城市工況行駛過程中空調壓力較高，偶發空調切斷問題;3、怠速階段空調冷卻效果極差，空調高壓極易達到保護限值，出現反復切斷空調現象。

圖8為另一乘用車密封后城市工況試驗結果，改善主要結論有：1、空調舒適性提升明顯。頭部溫度降至30℃以下，優化前只能在35℃左右;2、試驗過程未出現空調切斷現象;3、怠速階段空調壓力略微上升并迅速穩定，熱氣回流問題明顯改善。

5 結論

分析及試驗結果表明，冷凝器前端密封對冷凝器性能在低速和怠速狀態下有較大影響，可以有效防止熱氣回流問題，提升乘員艙空調舒適性能。

參考文獻

[1] 胡曲.密封對汽車空調冷凝器性能影響的試驗研究.[J]制冷與空調，2016年04月第16卷第4期.

[2] 王東.密封對汽車冷卻模塊性能影響的數值分析.[J]計算機輔助工程，2013年10月第22卷第5期.

[3] 呂鋒.密封對柴油及冷卻模塊性能影響的試驗研究.[J]內燃機工程，2012年6月第33卷第3期.