汽車空調內循環風量改善設計

李四旺 馮鴻飛 王坤

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院；2.中國第一汽車股份有限公司研發總院）

隨著汽車工業的發展，汽車上的通風裝置與空調逐步成為必備設施。汽車空調HVAC 總成是整個汽車空調系統的重要組成部分，它的風量性能直接影響到整個空調系統的性能[1-3]，并影響整車的緊湊性和NVH性能[4]。某款轎車作為緊湊型家庭轎車使用，空調工作時，HVAC 總成內循環風量較小。為了改善空調內循環時的風量，以達到整車的降溫性能的提升，在滿足現有安裝條件和空間要求的前提下需要對HVAC 總成進行結構優化。

1 模型方案

1.1 問題論述

如圖1 所示，該款轎車搭載的HVAC 總成為單溫區自動空調總成。

HVAC 總成改善之前在整車上進行風量測試時發現，測試工況為室溫條件下，車輛怠速，保證蓄電池電壓≥13.5 V，門窗關閉，開啟壓縮機，溫度調整到Low，吹風模式調整為吹面，調整鼓風機擋位分別為1 擋、2 擋、3 擋和4 擋，利用風速儀測量出風口的風量，內/外循環風量測量結果如表1 所示。

圖1 HVAC 總成圖

表1 風量測量結果

測試結果顯示，空調每一擋風的內循環風量小于外循環風量，這是不合理的，說明內循環的風量是偏小的，需要提升內循環風量。

1.2 模型建立

對HVAC 總成周邊環境進行CFD 建模[5-6]，采用的模型，如圖2 所示。

圖2 乘員艙全尺寸簡化模型

采用HyperMesh 對模型進行面網格劃分，導入STAR-CCM+中生成體網格，設定邊界條件進行計算。對于HVAC 總成部件重點位置進行網格的細化以及重點區域的檢測。

體網格選用多面體網格[7-8]，最終得到847 萬體網格。

在仿真模擬計算的過程中必須盡可能地使壁面邊界條件符合實際的情況。鼓風機的轉速設置為2 500 r/min，空調濾芯、蒸發器和暖風芯體的阻力設置如表2 所示。

表2 零部件阻力系數

為盡可能地減小更改量，對于表3 中的原方案和4種改善方案進行仿真。仿真中，邊界設置鼓風機的轉速為2 500 r/min，HVAC 總成的進口壓力和出口壓力均為標準大氣壓。

表3 車室內流場仿真方案情況

2 分析結果

仿真結果如表4 所示。原方案和改善方案1 的HVAC 總成風量相當，改善方案3 風量沒有提升，改善方案2 和改善方案4 出風量提升明顯，壓損優化效果顯著。

表4 車室內流場仿真分析結果

從仿真的結果可以判斷出：增大HVAC 總成內循環進風口側面面積對改善風量沒有效果；增大HVAC總成內循環進風口正面面積有效果；該車型優化手套箱的結構對于進風量沒有改善作用。通過以上結論決定對HVAC 總成進行模具適應性修改，按照仿真數模，增大HVAC 總成內循環進風口正面面積。HVAC 總成更改內循環進氣口前后的結構形式，如圖3 所示。

圖3 HVAC 總成更改前后狀態

3 試驗驗證

3.1 臺架試驗驗證

將更改后的HVAC 總成進行風量臺架測試和NVH 臺架測試，風量測試工況為鼓風機電壓為13.5 V和12 V，HVAC 總成設置為：溫度風門最冷，吹風模式為吹面，測量內/外循環風門狀態時的風量。風量臺架測試如圖4 所示。NVH 臺架測試條件如圖5 所示。

圖4 HVAC 總成風量測試臺架

圖5 HVAC 總成噪聲測試示意圖

測試結果如表5 所示，風量提升7%左右，且噪聲有一定的下降，與CFD 的仿真結果一致。

表5 臺架測試結果

3.2 整車試驗驗證

將更改后的HVAC 總成裝配到整車上，進行整車狀態下的風量測試和NVH 測試，測試工況與臺架試驗工況一致，車門關閉，鼓風機的電壓外接電源實現。

測試結果如表6 所示，整車測試的結果與臺架測試的結果一致。

表6 整車試驗測試結果

4 結論

通過該車型內循環風量改善案例可以得出以下結論：

1）增大HVAC 總成內循環進風口正面面積可以增加HVAC 總成風量，且有利于HVAC 總成噪聲的改善；

2）增大HVAC 總成內循環進風口側面面積，擴大手套箱與HVAC 總成的距離對于HVAC 總成風量的改善效果不明顯。