商用車車載新風系統研究

黃志冰，王威，宋顯輝，鄧小勇，周濤，凌玉虎

（1.江鈴汽車股份有限公司整車工程開發部，江西 南昌 330001；2.江西新電汽車空調系統有限公司技術部，江西 南昌 330001）

前言

近年來，隨著國內汽車產業的高速發展以及人們對車內空氣質量要求的逐步提高，根據2017年9月J.D.Power發布的2017中國新車質量研究（IQS），“車內有令人不愉快的氣味”已連續3年成為了消費者投訴最多的問題。車內異味不單會對消費者感官上造成不適，更重要的是對人體健康也會有較大的影響[1]。商用車作為在設計和技術特征上用于運送人員和貨物的汽車[2]，其由于內飾異味而導致顧客抱怨的數量也在逐年增加。目前國內主流商用車型為滿足后排空間，均采用單內循環后頂置空調的設計模式；單內循環無法使車艙內氣體快速排出車外，導致車內空間環境質量嚴重下降，尤其在疫情等特殊時期會引起單位空間內的病毒數量的增加，產生交叉感染。因而，適用于商用車用的車載新風系統成為目前亟待解決的問題。

1 新風系統搭建

1.1 負壓發生裝置設計

根據江鈴股份某款商用車型的空間大小及布置要求，選型了一款斯佩爾離心式風機011-A46-22（如圖1所示），該離心式風機的主要性能參數見表1，其中P為靜態壓力；I為風機輸入電流；Q為風機排風口流量。將該離心風機安裝在車輛左右兩側靠近D立柱的輪轂包側，并將地板開孔，用于車輛內部空氣的強制排出，從而實現負壓效果。同時，在風機上方設置隔音木箱，內貼減震墊，外用無紡氈包裹木箱，木箱采用兩層設計結構，上層側面放置百葉進風格柵，使得車艙內氣體平穩流入木箱空腔內，經由離心風機排出車外進而達到隔音降噪目的。離心風機在車內的布置，如圖2所示。

圖1 斯佩爾離心式風機011-A46-22

表1 離心式風機PQ參數

圖2 離心風機在車內的布置圖

1.2 頂置空調內外循環切換機構設計

由于該款商用車型采用頂置空調的單內循環設計結構，此種結構由車頂內飾格柵吸入車內空氣，經蒸發器制冷后由頂內飾出風口流向車內，達到制冷目的。但該結構的最大劣勢在于僅采用內循環進氣方式，無法引入車外新鮮空氣，使得車艙內環境質量下降；通過在現有頂置空調的基礎上設計了一個輕量化內外循環轉換機構（如圖3所示），本轉換機構僅會降低乘客艙45mm的Z向高度，既滿足乘客在不同環境下對內外循環自由切換的不同需求，又滿足商用車對后排載人/載貨空間的需求。

圖3 內外循環轉換機構RP件

當乘客選擇外循環時，外循環風門將會打開，內循環風門關閉，車外新鮮空氣將會流入車內；當乘客選擇內循環時，內循環風門將會打開，外循環風門關閉，車外空氣將無法流入車內以滿足顧客對制冷能力的需求；內外循環可切換頂置空調外循環原理如圖4所示。

圖4 內外循環可切換頂置空調外循環原理圖

2 實驗結果分析

2.1 實驗條件

實驗準備兩臺相同型號某商用車，該車型本身裝配有前空調、后頂置空調及其相關出風格柵，其中前空調采用的是單鼓風機設計結構，后空調采用的是雙鼓風機的設計結構；兩者的相關配置參數如表2。

表2 前后空調風機參數

將負壓發生裝置和頂置空調內外循環切換機構搭載其中一臺車輛上后產生的氣體流向簡圖如圖5，另一臺車輛維持原有配置不變，不做任何處理。另外，為簡化實驗，在所有實驗條件下，裝有負壓裝置的車輛上，負壓裝置擋位不發生變化，始終維持在1擋。

圖5 試驗車氣體流向簡圖

2.2 實驗結果

2.2.1 切換機構對HVAC性能影響

由于試驗車裝配切換機構后，后空調可實現內外循環自由切換，存在內循環和外循環兩種工作狀態，如圖6、7所示，將內外循環出風口平均風量分別與原車單內循環進行對比可以發現：

圖6 平均風量與擋位變化趨勢

1）隨著后空調擋位的升高，新老狀態內循環及新狀態外循環平均風量均有所上升，且上升趨勢幅度大致相當；

2）新狀態內循環的平均風量相較于老內循環狀態除2擋異常外，隨著擋位的升高，兩者風量差的百分比逐漸增大，在7擋時達到最大的36.1%；

3）新狀態外循環的平均風量相較于老內循環狀態，兩者在低擋位時相差不大，大約為10%左右，在7擋時達到最大的16.7%；

圖7 平均風量百分比與擋位變化關系

4）新狀態的內外循環平均風量之間相比，隨著擋位的提高，兩者相差百分比變化不大，維持在20%左右。

2.2.2 負壓發生裝置實驗

依據國家衛生部關于負壓車的標準，每小時換氣為20次，負壓值在-10Pa至-38Pa之間即為標準負壓車[3]。將改制后某商用車型放入NVH實驗室進行負壓測試，測試結果表明：

1）當前后空調均關閉時，車輛負壓值達到最高，為-50Pa；

2）當后頂置空調關閉時，隨著前空調鼓風機擋位的提高，水平方向的出風量逐步提高，負壓值逐步降低；當前空調鼓風機在最大擋時，無論頂置空調處于任何擋位，負壓值均為0；

3）當前空調關閉時，隨著后空調鼓風機的擋位的提高，豎直方向的出風量逐步提高，負壓值逐步降低；當后空調鼓風機在最大擋位時，負壓值為-32.5Pa；

4）針對該款商用車型，前空調水平方向的出風量對負壓裝置產生負壓值的影響明顯大于后頂置空調豎直方向的出風量。

圖8 前后空調擋位與負壓變化趨勢圖

3 結論

本文采用獨創式的輕量化頂置空調內外循環切換機構，該結構僅降低乘客艙45mm的Z向高度，在最大限度滿足商用車載人/載貨的基礎上，兼顧后排乘客對內外循環自由切換的需求；當乘客選擇外循環時，引入艙外新鮮空氣流入車內，提高車內空氣環境質量。雖然內外循環切換結構會降低出風口平均風量，但可以通過增加風機工作電壓來實現風量的增大。

同時，開創式地將家居市場的新風系統理念引入汽車市場；在車輛尾部安裝兩臺負壓裝置從而形成負壓，強制將車內混濁空氣排出車外。尤其在疫情期間，可降低車內單位空間內的病毒數量，有效防止病人之間的交叉感染。

根據制造出的樣車系統進行相關實驗，實驗表明，該商用車車載新風系統可有效形成負壓，達到國家衛生部的相關負壓標準，可明顯改善車內空氣環境質量，改善顧客車內舒適度。