空調壓縮機轉速對汽車空調的影響

張麗 成小紅

摘 ?要：汽車經過多年的發展已經形成了完善的體系，且隨著技術的發展與進步汽車的功能在不斷完善。汽車空調是現代汽車中重要的組成部分，做好汽車空調的研究對于汽車空調的應用有著極為重要的意義。壓縮機是汽車空調的核心部件，通過研究其轉速對汽車空調的影響將有助于提高汽車空調的使用性能。文章通過對汽車空調制冷模式下壓縮機轉速對汽車空調運行參數的影響進行分析，調整并優化汽車空調壓縮機的轉速。

關鍵詞：汽車空調;壓縮機;轉速;制冷性能

中圖分類號：U463.851 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）35-0047-02

Abstract： After years of development， automobile has formed a perfect system， and with the development of technology and progress， the function of automobile is constantly improving. Automobile air conditioning is an important part of modern automobile. The research of automobile air conditioning is of great significance for the application of automobile air conditioning. Compressor is the core component of automobile air conditioner. The study of the influence of its rotational speed on automobile air conditioning will help to improve the performance of automobile air conditioning. This paper analyzes the influence of compressor speed on automobile air conditioning operation parameters under automobile air conditioning refrigeration mode， and adjusts and optimizes the speed of automobile air conditioning compressor.

Keywords： automobile air conditioning; compressor; rotational speed; refrigeration performance

前言

新能源車是現代汽車工業中重要的組成部分，隨著新能源車的發展與應用對現代能源體系造成了一定的沖擊。新能源車與傳統燃油車在系統構成上存在一定的差異，應用于傳統燃油車的汽車空調系統并不適用于現代新能源車輛，新能源車采用蓄電池供電其電力總量是一定的，如汽車空調系統能耗高將會對車輛的形式里程產生重要的影響。為提高汽車空調的性能使其具有良好的節能效果需要對汽車空調的熱泵系統進行研究與優化。

1 新能源車汽車熱泵型空調系統的組成

某型號的新能源車汽車熱泵型空調系統采用多流程微縮通道熱交換器作為空調系統的熱交換通道。車內蒸發器和車外冷凝器被布置在同一風道內。整套空調系統的特點是通過采用電磁閥和單向閥來替代四通閥，從而實現了制冷、制熱、除濕、除霜功能的高效控制。空調系統制冷循環工質循環路徑為：壓縮機-車外冷凝器-電子膨脹閥-車內蒸發器-氣液分離器-壓縮機。空調系統制熱循環工質循環路徑為：壓縮機-車內冷凝器-電子膨脹閥-車外熱交換器-氣液分離器-壓縮機。空調系統除濕循環工質循環路徑為：壓縮機-車內冷凝器-電子膨脹閥-車內蒸發器-氣液分離器-壓縮機。空調系統除霜循環工質循環路徑：車外冷凝器結霜-切換制冷模式-循環工質進入車外冷凝化霜-氣液分離器-壓縮機。

2 新能源車汽車熱泵型空調系統測試系統構成

對于新能源車汽車熱泵型空調系統將采用焓差法對其性能進行試驗。通過傳感器分布在新能源車汽車熱泵型空調系統各處用以記錄新能源車汽車熱泵型空調系統在不同工況條件下的運行參數。新能源車汽車熱泵型空調系統測試系統所記錄的數據主要來自于兩個部分：空調側和環境側。新能源車汽車熱泵型空調系統測試系統采集點分布在壓縮機進出口、室外冷凝器進口、過冷器出口、電子膨脹閥進口、室內蒸發器和室外冷凝器的進出口等位置。布置于上述位置的傳感器將采集到的溫度、壓力信號傳輸至控制電腦中進行記錄與分析。

新能源車汽車熱泵型空調系統測試系統的實驗通過記錄汽車空調系統壓縮機在不同轉速下的各項運行參數，記錄并分析壓縮機不同轉速對汽車空調運行性能的影響。

3 汽車空調壓縮機運行參數對新能源車汽車熱泵型空調系統運行性能的影響

3.1 新能源車汽車熱泵型空調系統最佳運行工況分析

以空調系統壓縮機在5000r/min轉速下EXV不用開度下空調系統的冷度、出風溫度以及壓縮機功耗變化參數為例進行分析。結合測試系統所記錄的參數顯示，當電子膨脹閥處于300-320步開度時， 新能源車汽車熱泵型空調系統處于無過冷度狀態，通過視液鏡觀測冷卻劑發現其存在諸多氣泡，制冷工質經過冷凝器和過冷器后仍處于氣液兩相狀態，測量數據顯示經過兩相節流后的工質仍處于較高的溫度，蒸發器出口溫度也相對較高。當電子膨脹閥處于280步開度時，系統過冷度達到了7.2℃，通過視液鏡觀測冷卻劑發現其處于純液狀態，節流處于良好的狀態且蒸發器的出口溫度處于一個較低的狀態。而當電子節流閥開度進一步降低處于270步時，汽車空調系統的制冷量有所下降。通過上述數據表明，汽車空調系統處于無過冷度時，系統的穩定性和制冷性能都無法達到最優狀態，而當系統具有一定的過冷度時汽車空調系統的制冷量和COP性能較為良好，而當系統的過冷度進一步擴大時，汽車空調系統的制冷量和COP數值均會有所下降.整體來說汽車空調系統的過冷度需要處于一個良好的區間范圍內，需要具有一定的過冷度，而過冷度不得過大。而對汽車空調系統進一步測試后的數據表明，當EXV開度過小（空調壓縮機轉速低于2000r/min，電子膨脹閥開度處于120-100步時），空調的工質循環流量較小過冷度過高，系統處于高能耗狀態，表現現象為空調蒸發器的第一個流程換熱器表面出現結霜，大量的制冷量被浪費了，導致可用有效制冷量較低。當汽車空調系統處于這一狀態時空調系統的運行穩定性與性能均處于較低的水平。經過多組對比數據表明，新能源汽車所使用的空調系統的過冷度處于5-8℃的區間范圍內時空調系統的性能與制冷量處于一個較高的水平。因此，在評價空調系統的性能時可以將過冷度作為一個評價指標。不同EXV開度下冷凝器和蒸發溫度/壓力的變化如下圖1所示。

3.2 空調壓縮機轉速對空調冷凝、蒸發壓力的影響規律

結合實驗所得出的數據，空調壓縮機不同轉速實驗下對應的最佳運行工況下的EXV開度是有所差別的。實驗數據表明，空調冷凝壓力將與空調壓縮機的轉速呈正比，而空調的蒸發壓力則與壓縮機的轉速呈反比。在室內外環境溫度差恒定時，空調壓縮機轉速的提高將使得空調內循環工質的流量和流速都增大，從而使得循環工質的低壓進一步降低、高壓進一步升高，空調內的壓比增大，進而使得空調壓縮機功耗和制冷量都有著不同程度的增加，降低了空調的能耗比。

3.3 空調壓縮機轉速對空調電子膨脹閥最佳開度和蒸發器出風溫度的影響

結合實驗數據對空調壓縮機轉速對空調電子膨脹閥最佳開度和蒸發器出風溫度的影響進行分析，發現當空調壓縮機的轉速升高由實驗處于2000r/min提升分別以1000r/min為間隔提升至7000r/min時，空調電子膨脹閥的最佳開度分別為180、230、260、275、280、285步，上述實驗數據表明，壓縮機轉速與空調電子膨脹閥的最佳開度是同步增加的，且這一增長速率是在逐步降低。造成這一現象的原因在于壓縮機的轉速處于6000r/min以內時，其轉速的增大雖然會引起空調冷凝溫度和壓力的增長，并導致冷凝器換熱溫度和換熱量的增大，如電子膨脹閥的開度并未隨之增大將會導致過冷度的變大，為了使得空調壓縮機處于最優工況條件需要將過冷度控制在5-8℃的區間范圍內。壓縮機轉速與EXV最佳開度以及蒸發器出風溫度的變化如下圖2所示。

3.4 空調壓縮機轉速對制冷量、壓縮機功耗和COP的影響

測試數據表明，在增大壓縮機轉速的條件下空調的能耗比、制冷量都隨之增加，同時空調壓縮機的COP反而下降，且降幅較為明顯。因此在汽車空調優化時僅僅提供調整空調壓縮機轉速是無法完成的，需要進行綜合性的考慮。

4 結束語

本文在分析影響車輛空調系統參數的基礎上，對空調壓縮機轉速在車載空調系統中的重要作用以及不同轉速條件下空調壓縮機的能耗、質量量以及COP等的參數變化進行了分析介紹。總體來說，在空調壓縮機轉速變化時，控制系統的過冷度在5-8℃的區間范圍內可以獲得較高的制冷量量和COP，空調系統獲得了最優性能。

參考文獻：

[1]武衛東，余強元，吳佳瑋，等.壓縮機轉速對新能源汽車空調制冷性能的影響[J].流體機械，2017（11）：61-65.

[2]邱琳.某EV車電動空調壓縮機開啟過程中噪聲優化改善研究[J].汽車電器，2017（8）：1-8.