技术:夏季高温,如何提升汽车空调性能?
空调是现代汽车不可或缺的装置,特别是在高温地区。但在高温和高湿环境中,空调的使用会消耗汽车大量的能量。在传统的内燃机车中,空调约消耗燃料30%的能量;在电动汽车中,空调约消耗电池40%的电量。此外,空调的使用还使尾气中NOx和CO的排放增加70%。但随着人们对环境问题的日益重视,对降低汽车空调消耗的需求变得越来越强烈。
另外,国内汽车空调系统都是按照国标要求,以满足国内环境条件下使用而开发的。随着汽车出口市场的发展,销往沙特、阿曼、马来西亚等高温地区的车辆在不断增加。由于中东地区夏季平均温度都会达到45℃以上,这对空调的制冷性能提出了更高的要求。因此,为了更好地打造我国出口汽车的品质及口碑,对提高高温环境下车用空调制冷性能的研究具有极其重要的意义。
根据对汽车空调制冷原理的分析,在压缩机布置空间受限,无法采用更大排量压缩机的条件下,要提升高温环境下整车空调的制冷性能,首先要提升的核心部件就是冷凝器的散热能力,其次是冷媒流量和流阻,再次是整车的保温性能。
外界条件不变的情况下,影响冷凝器性能的因素主要有冷凝器的散热面积、波距以及厚度。在评估生产工艺的可行性后,将冷凝器在原有的基础上厚度增加4mm,宽度增加200mm,冷凝器波纹形散热翅片波距由8mm减小到5mm。在标准工况下,试验测得该优化后的冷凝器散热功率增加约33.3%。通过对比测试来确定冷凝器加厚、加宽以及其散热翅片波距减小对整车空调制冷性能的影响。
测试工况为:空调温度调节开关置于冷却模式最大挡,循环调节开关置于内循环状态,出风模式调节开关置于吹人面部模式,风量调节开关置于最大风速挡,A/C开关接通,车辆行驶时发动机转速2500r/min、车速20~40km/h,环形试验跑道,柴油发动机,车内初始温度45℃。
选取两辆只有冷凝器不同、其余配置都相同的试验车辆,在相同模拟使用条件下,测量各自的空调制冷性能,所测部分数据见表1。通过数据的对比分析可以看出,使用加厚、加宽以及波距加密的冷凝器车辆,其仪表台出风口温度和蒸发器出风口温度比原车约低5 ℃,车厢内温度比原配置车辆约低4.4 ℃,而且降温速度大大提高。所以,通过对冷凝器采取以上加厚、加宽以及波距减小的措施,使整车空调的降温性能提升约14.6%
空调制冷介质为冷媒,在冷媒加注量标定完成后,其对空调的影响表现在流经管路的流量及流阻。在对空调系统各部件的分析时发现,电磁阀通径仅2mm,而连接其管路的内径为6mm,电磁阀对流经的冷媒有较强的节流作用,同时增大了整个系统的流阻。
选取两辆试验车辆,一辆保留电磁阀,另一辆取消电磁阀,其余配置均相同(为了验证电磁阀的节流效果,该两辆试验车的冷凝器均采用原配冷凝器,变化只有电磁阀)。在环形试验跑道,空调温度调节开关置于冷却模式最大挡,循环调节开关置于内循环状态,出风模式调节开关置于吹人面部模式,风量调节开关置于最大风速挡,A/C开关接通,车辆行驶时发动机转速2400r/min,车速40km/h,柴油发动机,车内初始温度约为45.5℃,进行试验,所测数据见表2。
通过对表中数据的分析可以得出,取消电磁阀后,仪表台出风口温度与原车相当,无明显变化,但后蒸发器出风口温度和车厢内温度比原车约低5℃,所以电磁阀对冷媒有节流及增加流阻的副作用,降低了后蒸发器的制冷效果。因此,取消电磁阀能有效地提高空调的降温性能。
另外,增加保温棉改进对策也显著有效,综合运用改进冷凝器、取消电磁阀、增加保温棉3项提升对策后,汽车在高温环境下的空调性能可显著提升。