汽車空調油耗試驗分析及研究

匡累，龍會游，李康勇，何耀鋒

汽車空調油耗試驗分析及研究

匡累，龍會游，李康勇，何耀鋒

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車空調作為整車內部主要耗能附件，對用戶實際使用油耗的影響巨大，有著很大的節能潛力。文章基于WLTC循環，采用不同試驗方案，對多輛輕型車進行空調油耗，考察國內多款主流車型的空調油耗水平及空調制冷效果，驗證壓縮機排量和車輛前端密封導流對空調油耗的影響。結果表明：1）空調能耗占比較大，不容忽視，不同車輛的空調能耗占比總體分布在22%左右。2）多數車輛無法達到10min時頭部平均溫度達到23℃的要求，無法獲得節能效果值。3）適當降低壓縮機排量和增加車輛前端密封導流都具有一定的節油效果。

汽車空調油耗；密封導流；壓縮機；節能

前言

作為整車內部主要耗能附件，汽車空調對用戶實際使用油耗的影響巨大，有著很大的節能潛力，降低汽車空調能耗是當前重要的節能方向[1-4]。在《乘用車循環外技術/裝置節能效果評價方法第3部分汽車空調》國家標準征求意見稿和《GB/T 19233-2020 輕型汽車燃料消耗量試驗方法》中[5-6]，都提出了開啟空調制冷狀態下汽車燃料消耗量的試驗方法，相較于原有的常規油耗測試，方法更改了測試循環，提高了試驗的環境溫度，并增加陽光模擬，著力還原用戶的實際用車油耗。

本文基于WLTC循環，采用不同試驗方案，對多輛輕型車進行空調油耗試驗，考察不同方案下的車輛空調油耗水平及空調制冷效果，驗證壓縮機排量和車輛前段密封導流對空調油耗的影響，分析研究國內目前主流車型的車輛空調油耗水平及空調制冷效果的總體情況。

1 試驗驗證

1.1 試驗樣車

試驗采用10臺國內主流車型，涵蓋自主品牌和合資車型，SUV和轎車，自動空調和手動空調，整備質量從1400kg到2100kg。

1.2 試驗方案

試驗過程中，空調設置試驗方案見表1。

表1 空調設置方案

其余試驗條件參考GB/T 19233-2020附錄B，要求如下：

1）環境溫度（30±2）℃，環境相對濕度（50±5）%。

2）空調設置為內循環、吹面模式，對于具有中排、后排出風口的車輛，關閉中排和后排出風口及控制開關。

3）車輛關閉啟停功能，使用NORMAL模式進行試驗。

4）車輛浸車和開啟空調條件下燃料消耗量試驗過程中太陽輻射強度為850±45W/m2，其他試驗過程無太陽輻射。太陽輻射強度以車頂最高點平面位置為基準設定。

5）頭部平均溫度試驗測點位置如圖1所示。

圖1 頭部平均溫度測量點位置

1.3 試驗曲線

試驗采用WLTC工況試驗曲線。按照GB18352-2016中附件CA所述的全球輕型車統一測試循環(WLTC)進行測試。

1.4 試驗步驟

按照《GB/T 19233-2020 輕型汽車燃料消耗量試驗方法》附錄B：開啟空調制冷狀態下燃料消耗量試驗方法進行試驗。

其中：

1）環境溫度和車內空調設置按表2進行設置。

2）暫不考慮10min時車內頭部平均溫度的有效性判定。

3）計算空調燃料消耗量占比

式中：

η為空調燃料消耗量占比，單位%；

FCAC為空調燃料消耗量，單位L/100km；

FCON、FCOFF分別為車輛開啟/關閉空調條件下的燃料消耗量，單位L/100km；

2 不同試驗方案下的試驗結果對比

選取同為A級車的樣車1和樣車2，每臺樣車均進行3種方案的試驗。

2.1 空調油耗結果對比

采用三種不同的試驗方案對樣車1和樣車2進行試驗。不同試驗方案下的空調油耗結果如圖2所示。

圖2 不同試驗方案下的空調油耗結果對比

1）空調制冷能耗占比較大，不容忽視。即使是環境溫度只有30℃，并且空調設置溫度只有25℃，其空調油耗占比也分別達到了11.5%和9.4%。

2）當環境溫度為30℃時。對于樣車1，空調設置為22℃或LOW，其空調油耗占比大致相當，在22%左右。

3）隨著試驗條件的不斷加嚴，其空調油耗的占比也不斷增加，最大占比達到了24.3%。

2.2 制冷效果對比

通過對比頭部平均溫度來簡單評價車輛制冷效果，其中頭部平均溫度試驗測點位置如圖1所示。

圖3 不同試驗方案下的頭部平均溫度

1）當空調設置為方案二AUTO 22和方案三AUTO 25時，30min時頭部平均溫度都趨于設定的22℃和25℃。

2）當空調設置為方案一AUTO LOW時，2臺樣車出現差異，對樣車1，30min時趨于22℃，而樣車2則趨于16℃。

3）對于樣車1和樣車2，三種方案下的頭部平均溫度，15min時基本能達到25℃，30min時基本能達到22℃。

4）樣車2的制冷效果明顯優于樣車1。10min時頭部溫度，樣車2能達到26℃左右，雖未達到GB/T 19233-2020的23℃要求，但也基本達到了人體較為舒適的溫度。但樣車1只有30℃左右，性能較差，容易引起客戶抱怨。

2.3 小結

1）空調能耗占比較大，不容忽視。

2）對于樣車1和樣車2，4種方案下的頭部平均溫度，15min時基本能達到25℃，30min時基本能達到22℃。

3）由于空調性能的差異性，在10min和30min時的頭部平均溫度，相差較大。10min時的溫度最低能到24℃，而最高能到30℃。而30min時溫度，最高22℃，最低16℃。

3 壓縮機排量對試驗結果的對比

由于空調系統主要耗能在壓縮機上，變排量壓縮機能顯著改善空調耗能。為驗證減小壓縮機排量對空調油耗的影響，將樣車5的壓縮機排量由160CC，變更為140CC，得樣車6。按照試驗方案一AUTO LOW，分別進行試驗。結果表明，適當降低壓縮機排量具有明顯節油效果，并且在一定程度上不影響車內空調制冷效果。

如圖4所示，將降壓縮機排量由160CC降為140CC之后，空調油耗占比下降了3.3%，具有明顯的節油效果。對于制冷效果，變更前后，兩臺樣車頭部平均溫度相近，只在前10min之內有細微的差別。

4 前端密封導流對試驗結果的對比

當車輛固化之后，對壓縮機、同軸管、電子風扇的更改已變得較為困難，此時對車輛前端進行密封導流處理即變成了簡單可行的辦法。

圖5 增加前端密封導流后試驗結果的對比

當車輛正常車速行駛時，冷凝器前端進風壓力大于散熱器后方空氣壓力，冷凝器前的空氣主要來自于進氣格柵，此時冷凝器前端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導流措施，容易導致散熱器后方熱空氣從四周回流至冷凝器前，導致空調冷卻性能變差，油耗上升。

為了驗證密封導流的改善效果，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。其中樣車3為初始無密封導流狀態，樣車4為增加密封導流之后。

結果表明，增加前端密封導流后，對空調油耗有一定的改善，同時不影響制冷效果。

如圖5所示：

1）增加前端密封導流后，空調油耗占比減小1.1%，具有一定的節油效果。

2）頭部平均溫度和出風口溫度無明顯差異，制冷效果未受影響。

3）增加密封導流后，電子風扇和鼓風機功率大致相當，略微增大。表明增加密封導流后，有效降低了壓縮機的負荷和功率。

5 車輛空調油耗占比及頭部平均溫度總體情況

為總體評估不同車輛的空調能耗情況，對10臺樣車分別按方案一AUTO LOW進行試驗，結果如圖6所示。

圖6 車輛空調油耗占比及頭部平均溫度總體情況

1）不同車輛的空調能耗呈現差異化，空調油耗占比在17.7%到27.4%之間，總體分布還是在22%左右。其中SUV為21.0%，轎車為23.7%。

2）10臺樣車的10min時頭部平均溫度只有25.8℃。除了樣車8之外，其余樣車的溫度均不滿足GB/T 19233-2020的23℃要求，無法獲得節能效果值。

6 總結

通過對10臺樣車，用3種不同試驗方案進行試驗，發現：

1）空調制冷能耗占比較大，不容忽視，不同車輛的空調能耗占比總體分布在22%左右。

2）適當降低壓縮機排量具有明顯節油效果，并且在一定程度上不影響車內空調制冷效果。

3）通過增加車輛前端密封導流，避免散熱器后熱空氣回流至冷凝器前，在不影響制冷效果的同時，對空調能耗有一定降低。

4）目前國內的主流車型，多數無法達到10min時頭部平均溫度達到23℃的要求，無法獲得節能效果值。

[1] 張旭陽,胡志遠,韓維維,等.空調對輕型乘用車油耗影響的試驗研究[J].汽車技術,2020,(5):49-54.

[2] 郝亞,蘇志亮.節能空調系統對整車油耗影響的對比研究[J].北京汽車,2018,(6):14-17.

[3] 劉智勇,喬印遷,金本山,等.開啟空調狀態下燃料消耗量影響因子敏感度初步研究[C].2019中國汽車工程學會年會論文集.2019.

[4] 徐俊芳,牟連嵩,劉雙喜.整車空調系統能耗改善的試驗研究[J].內燃機與配件,2019,(18):77-78.

[5] GB/TXXXXX.3-XXXX乘用車循環外技木/裝置節能效果評價方法:第3部分汽車空調(征求意見稿)[S].

[6] GB/T 19233-2020輕型汽車燃料消耗量試驗方法[S].

Test Analysis and Research on Fuel Consumption of Automobile Air Condition

Kuang Lei, Long Huiyou, Li Kangyong, He Yaofeng

( Guangzhou Automobile Group Co., LTD Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

As the main energy-consuming accessory inside the vehicle, automobile air conditioners have a huge impact on the actual fuel consumption of users and have great energy-saving potential. Based on the WLTC cycle, this paper uses different test schemes to conduct air-conditioning fuel consumption on multiple light-duty vehicles, investigates the air-conditioning fuel consumption level and air-conditioning refrigeration effect of a number of mainstream domestic models, and verifies the influence of compressor displacement and vehicle front-end seal diversion on air-conditioning fuel consumption.The results show that: 1) Air-conditioning energy consumption accounts for a relatively large amount, which cannot be ignored. The overall distribution of air-conditioning energy consumption for different vehicles is about 22%. 2) Most vehicles cannot reach the requirement that the average head temperature reaches 23°C for 10 minutes, and the energy saving effect value cannot be obtained. 3) Appropriately reducing the compressor displacement and increasing the front-end seal diversion of the vehicle have certain fuel-saving effects.

Automobile air conditioning fuel consumption;Sealed diversion;Compressor;Energy saving

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.029

U463

A

1671-7988(2021)07-87-04

U463

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1671-7988(2021)07-87-04

匡累，碩士，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，研究方向：排放節能。