空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)的影響

王銀萍

摘要：汽車空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)是非常重要的零部件，如果其發(fā)生故障，將會(huì)直接影響空調(diào)的使用性能。本文選擇一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)的故障進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其故障原因進(jìn)行探究，希冀能為類似產(chǎn)品問(wèn)題鑒定與解決提供一定參考。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào);空調(diào)壓縮機(jī);故障測(cè)試

汽車空調(diào)系統(tǒng)能為汽車駕乘人員營(yíng)造實(shí)數(shù)的駕駛環(huán)境，使駕駛員能把注意力集中到觀察、分析和判斷路況，做出正確的駕駛操作。在汽車空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，空調(diào)壓縮機(jī)起到了至關(guān)重要的作用，若壓縮機(jī)發(fā)生故障，將會(huì)直接影響汽車空調(diào)的制冷制熱效果。因此，正確測(cè)試汽車空調(diào)壓縮機(jī)故障，不僅能為汽車空調(diào)維修提供有效指引，也能為汽車故障糾紛鑒定提供參考。

一、汽車空調(diào)壓縮機(jī)工作原理

汽車空調(diào)系統(tǒng)是利用制冷劑的循環(huán)，在蒸發(fā)箱中吸收駕駛室內(nèi)的熱量，然后再在冷凝器中將制冷劑吸收的熱量釋放，來(lái)降低駕駛室內(nèi)的溫度。汽車空調(diào)壓縮機(jī)是建立汽車空調(diào)系統(tǒng)壓力，吸收蒸發(fā)器流出的低溫、低壓氣體，經(jīng)過(guò)汽車空調(diào)壓縮機(jī)將低溫、低壓的氣體變?yōu)楦邷亍⒏邏旱臍怏w，然后輸送到汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器，也是使制冷劑循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力源，汽車空調(diào)壓縮機(jī)的性能直接影響汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果。汽車空調(diào)壓縮機(jī)根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、控制信號(hào)、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速等的不同，可分為多種類型。現(xiàn)代汽車由于節(jié)能和環(huán)保的要求越來(lái)越高，在車輛上采用轉(zhuǎn)速可變的變頻式汽車空調(diào)壓縮機(jī)的車型越來(lái)越多。從構(gòu)成上來(lái)看，變頻式汽車空調(diào)壓縮機(jī)主要包括壓縮機(jī)電磁離合器、殼體、前后端蓋、進(jìn)排氣閥、氣體壓縮裝置、壓縮機(jī)中心軸、管路接口等。目前，新能源汽車空調(diào)主要采用電動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，新能源汽車的動(dòng)力源主要是汽車自帶的蓄電池輸出的電功率，而蓄電池的容量是有限的，空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程影響卻很大，因此研究空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)的影響，對(duì)開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有重要的意義。

二、空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)汽車空調(diào)的影響

在進(jìn)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)性能影響試驗(yàn)之前，首先在上述環(huán)境工況下進(jìn)行了系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況分析試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析可得出：當(dāng)系統(tǒng)無(wú)過(guò)冷度時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性及性能均表現(xiàn)不佳;當(dāng)系統(tǒng)具有一定過(guò)冷度時(shí)，性能表現(xiàn)優(yōu)異;當(dāng)系統(tǒng)過(guò)冷度過(guò)大時(shí)，制冷量和系統(tǒng)COP均有降低趨勢(shì)。進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)EXV開(kāi)度過(guò)小（如壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2000 r/min，EXV開(kāi)度小于100步）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致制冷劑循環(huán)流量過(guò)小，過(guò)冷度過(guò)大，節(jié)流后溫度過(guò)低，導(dǎo)致蒸發(fā)器中第一個(gè)流程換熱器表面出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，而此時(shí)系統(tǒng)制冷量卻較小，蒸發(fā)器出口壓力也表現(xiàn)過(guò)低（低于0.26 MPa），這種狀態(tài)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及性能均產(chǎn)生不利影響。通過(guò)多組試驗(yàn)最后得出：當(dāng)過(guò)冷度在5～8℃時(shí)，系統(tǒng)性能表現(xiàn)最佳。基于此，本文試驗(yàn)中以過(guò)冷度來(lái)簡(jiǎn)捷判斷最佳運(yùn)行工況和確定電子膨脹閥最佳開(kāi)度。

（一）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)冷凝、蒸發(fā)壓力的影響

圖1示出了為不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下冷凝和蒸發(fā)壓力的變化。圖中不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的是其最佳運(yùn)行工況下的EXV開(kāi)度。由圖可見(jiàn)，冷凝壓力隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大，而蒸發(fā)壓力隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而降低。在室內(nèi)外環(huán)境溫度不變時(shí)，壓縮機(jī)提高轉(zhuǎn)速，增大了循環(huán)質(zhì)量流量，并使低壓更低，高壓更高，壓比增大，導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗和制冷量都有不同程度增加。

（二）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)電子膨脹閥最佳開(kāi)度和蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的影響

圖2示出了不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下的EXV最佳開(kāi)度與蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的變化。由圖可見(jiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000 r/min增加到7000 r/min（以1000 r/min間隔增加），對(duì)應(yīng)的電子膨脹閥最佳開(kāi)度分別是：180，230，260，275，280，285步。可以看出，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，最佳電子膨脹閥開(kāi)度逐漸增大，且其增大的速率在逐漸減小。這是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)增大，冷凝溫度和壓力會(huì)增大，在冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度和流量不變下，則其換熱溫差及換熱量變大，如電子膨脹閥開(kāi)度不變時(shí)會(huì)導(dǎo)致過(guò)冷度變大，因此當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)要使過(guò)冷度保持在5～8℃之間（最佳工況標(biāo)志），需要將電子膨脹閥開(kāi)度在一定范圍內(nèi)調(diào)大。

圖2還顯示，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000 r/min增加到7000 r/min（以1000 r/min間隔增加）對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器出風(fēng)溫度分別是：21.5，18.9，17.8，16.8，15.5，15.1℃。可以看出，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，蒸發(fā)器出風(fēng)溫度逐漸減小，且其出風(fēng)溫度降低速率在逐漸減小。這是由于隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，制冷劑流量增大，導(dǎo)致通過(guò)電子膨脹閥及管路的循環(huán)阻力增大，表現(xiàn)為冷凝側(cè)壓力升高，節(jié)流后的蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)溫度降低，在通過(guò)蒸發(fā)器風(fēng)量不變的條件下，其出風(fēng)溫度降低。但同時(shí)因其循環(huán)阻力和流量的增大導(dǎo)致壓縮機(jī)消耗功率增大，因此，為達(dá)到合適的出風(fēng)溫度，過(guò)分提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速并不利于能效比的提高。

（三）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP的影響

制冷量和COP是空調(diào)系統(tǒng)性能的重要評(píng)判依據(jù)。圖3示出了不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)制冷量、功耗及COP的影響。由圖可見(jiàn)，制冷量和壓縮機(jī)功耗隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大均增大，而COP隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大表現(xiàn)為降低。其中制冷量曲線呈“上凸”型，這說(shuō)明隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，系統(tǒng)制冷量的增長(zhǎng)速率在下降，而壓縮機(jī)功耗曲線呈近似“直線”型，因此COP（制冷量與壓縮機(jī)功耗之比）隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由上述分析可知，高轉(zhuǎn)速下可以獲得較大制冷量，這有利于縮短車內(nèi)降溫時(shí)間，但不利于能效提高，故為提供一個(gè)高效節(jié)能的舒適環(huán)境，需多方面綜合考慮。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)系統(tǒng)過(guò)冷度在5～8℃時(shí)，能獲得較大的制冷量和COP，系統(tǒng)性能表現(xiàn)最好。隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，對(duì)應(yīng)的最佳工況下的電子膨脹閥最佳開(kāi)度逐漸增大，但增大的速率逐漸減小;而蒸發(fā)器出風(fēng)溫度逐漸降低且下降速率在逐漸減小。隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，冷凝壓力增大，蒸發(fā)壓力降低，壓縮機(jī)功耗和制冷量都會(huì)有不同程度增加，COP表現(xiàn)為降低。綜合蒸發(fā)器出風(fēng)溫度、制冷量和壓縮機(jī)功耗及能效考慮，較高轉(zhuǎn)速可達(dá)到快速降溫目的，但不利于整體能效提高，因此壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過(guò)分提高。

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