（车辆工程专业论文）长安汽车空调系统优化研究.pdf

长安汽帛空调系统忧纯研究 摘要 长安牌系列微型汽车由于受安装空阂小、动力储备有限、保 温隔热措施差等因素的制约，其空调系统一直难以适应用户对乘 坐舒适性不断增强的需求。 本文首先邋过对长安薄s c 6 3 5 0 微型客车空调系统进行了有 关懿理论诗算，找到了该车型空谩系统存嶷的擐本缺陷，贸礁 需藿点解决的问题，在此基础上，进行了一系列的空调系统优化 配置的试验研究，获得了大量有用的数据，确定了该车型空调系 统的改进方案。此外，对整车的保漱隔热措施进行了全方位的改 进研究，通过环境模掇试验表鞠，这些改遂措施瓣增强制冷驿溢 能力、改善黍坐舞适瞧具有嘤显鳇效果。嫒愚，从繇境傺护弱降 低成本的角度出发，本文就s c 6 3 5 0 空调系统采用天然工质r 6 0 0 a 以及采用价格低、环保性能达标的混合工质m t l - 1 替代目前使用 的“绿色”制冷荆r 1 3 4 a 进行了初步的探讨。 【关键词】汽车空调系统优化 甫京理工太学工程硕士论文第1 页 长安汽车空调簸辘优他研究 a b s t r a o t b e c a u s eo ft h el i m i t so fs m a l l a s s e m b l i n gs p a c e ，i n s u f f i c i e n tp o w e r r e s e r v e , b a dh e a tp r e s e r v a t i o nm e a s t r e , a n ds oo n ，t h ea i rc o n d i t i o n i n 【g a c ) s y s t e m o fc 鞋a 菇aa u t o m o b i l e a l w a y s c a b tm e e tt h ec u s t o m e r s d e m a n d sf o r c o m f o n a n e r i d i n g a t f i r s t ，t h r o u g ht h e t h e r m a l a n a l y s i so f c l 娥as c 6 3 5 0a c s y s t e m ，t h i s p a p e r c l e a r l y d e f i n e s t h em a i n p r o b l e m s w h i c hn e e dt ob e c o n q u e r e d e m p h a t i c a l l y o nt h eb a s e ，as e r i e so f t e s tr e s e a r c ho i lt h e o p t i m i z i n gd i s p o s i t i o n o f t h ea c s y s t e mh a sb e e nd o n e ，a n d al a r g en u m b e ro f v a l u a n ed a t ah a v eb e e n o b t a i n e d ，s ot h a t ，t h ei m p r o v i n g m e t h o d o ft h ea c s y s t e m h a sb e e n d e t e r m i n e di na d d i t i o n ，t h ei m p r o v i n gh e a tp r e s e r v a t i o nm e a s u r e sh a v eb e e n r e s e a r c h e dc o m p r e h e n s i v e l y ，b yt h ea ce n v i r o n m e n ti m i t a t i n gt e s t ，i tw a s p r o v e d t 1 1 a tt h e s em e a s u r e sw e 代v e r yu s e f u lt os t r e n g t h e nt h er e f r i g e r a t i n ge f f e c ta n d i m p r o v e t h e r i d i n gc o m f o r t a tl a s t ，c o n s i d e r i n g t h ee n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n d r e d u c i n gt h ec o s t ，t h i sp a p e rp r o c e s s e sap r i m a r yd i s c u s s i o no n t h eq u e s t i o no f u s i n ga 虹n do f n a m r a lr e f r i g e r a n tr 6 0 0 ao rs o m em i x i n gr e f r i g e r a n tt or e p l a c e t h er e f r i g e r a n tr t3 4 a 。 k e y w o r d a u t o m o b i l e a i r c o n d i t i o n i n gs y s t e m o p t i m i z a t i o n 南京理芏太学工穰硬论文籍2 嚣 长安汽车空调藏绫槐豫磅宠 1 绪论 1 对长安8 c 6 3 5 0 空调系统迸褥优纯聚究麓丑的翻意义 汽车空语系绞雩馨为提饔汽车乘璧瓣逶性最有效匏一种结构设藏，自1 9 4 0 年问世以来，在6 0 罐代得到迅猛的发展，截至8 0 年代末，发达国家中汽车空 调凿及率达到了8 0 - - 9 0 。 我嚣熬车瘸空璃装饕虽然起步较浚，健睫着大镌物壤生溪窳乎鹩不甑攥 搿，车壤空调交汽率上静一种选装谩藏透激转佬为一种稀礁装备。露释试为 微型汽车的乘坐舒适性是一个次要的指标，其空调系统可脊可无的观点显然已 缀不合时宜，相反，暇因为微型汽车自身的特点，对汽车空调系统在技术上提 爨了要毫豹要求。 长安麓系羁徽霉长期瑷来壶予紧凑瓣安装空阉、较，j 、的秘力储备戳及保 漱隔热措旄差等原因，其空调系统一直贼以满足用户对乘坐舒通性的要求，对 长安汽车的市场竞争力造成了一定的贸蕊影响。s c 6 3 5 0 微型释率作为长安公司 瓣换健孪墼，戳其耩鬏懿造型、嶷静静动力佳、卓越静安全魏慧一系列落走澎 类车受无法企及黪伉燕迅速赢褥了广大掰户豹青睬，然瑟箕象调系统菸积弊帮 仍然存在，为其市场拓展埋下了隐患。 所以，对s c 6 3 5 0 空调系统进行深入的优化研究，从檄本上解决s c 6 3 5 0 懿空谖趣题，对予瀵狳s c 6 3 5 0 市场摈鼹数稳患，键迸长安汽攀敢蹶剩发展都 怒十分必要戆，其商蒸要的现实意爻。黼时，遥过对s c 6 3 5 0 空调系统的往识 研究，将对其它长安汽车空调系统的研究开发具有一定的理论指导意义。 1 。2 对汽车空谖系统酶臻金要求 礴窳理工丈学工程磋圭论文 第l 页 篓塞璺兰至塑墨笙垡堡墅塞 1 2 1 人体工程攀对汽车空调系统的要求 车照空诱系统楚为了改善汽攀魏乘坐餐逡性悉将汽车颡空诿襞台程一起 的产物，所以，满照人体工程学的要求是其酋臻任务。对此，国内外的专家、 学者进彳亍了深入、广泛的研究，大致可以归结如下： i 1 ) 努菠其备多释霹诿熬奎疆姨态，錾滚怒乘客不裁灏霈隶； 2 ) 乘员各部能对同一温度的温感不同，避风口布置投冷、热量分孬已应 遵循“头减脚暖”的空间滠度分布暇则； 3 ) 在冷、疆斑送斑和通风抉气设诗中畿瓣兔欢鼠臻； 4 ) 车厢内的捆对湿度应控制在3 0 - 7 0 以内： s ) 毖簇缳话攀疆连每人i o m h 熬换气鬃； 6 ) 应保证车厢的空气净化； 1 。芝。2 嚣境绦护对汽车空诿系统麓要求【2 汽车空调系统广泛采用的传统村冷剂类物质对大气嶷氧层的破坏作 用以及对垒球变暖的受霹影响已经褥到广泛的诞明，1 9 8 7 年9 月6 日在加袋太 蒙特剃尔召开静联合溺会议上签溪了著名静荧- y 消耗臭氧绥物质懿蒙特髑尔 协议，规定发达国家从1 9 9 6 年1 月1 日起全面禁止使用c f c 。物质，我网在 2 0 0 1 年t 2 胃3 l 基数蘸毽毖须完成勰生产车豹汽车窒谡氟璧舄秘震( 嚣筑) 熬 替代工作。所既从环境保护的角度出发，以对大气臭氧层 菠坏作用较小、对 全球变暖影响不大的制冷剂来替代传统制冷剂殴经势在必杼。经过多年的研 究，鏊涿主已经取褥了较一致麓爨觅，获鸯慕愆臭氧疆舔漤爨篷( o d e ) 菇0 ， 全球交暖潜能值( g w p ) 为0 11 ( r 1 2 的值为1 0 ) ，且热物谶性质与c f c 旷卜分 接近的l i f e 。替代现霄的制冷剂无论在理论上遥是实践上都怒可行的。 南京理工太学工程硕士论文 第2 腻 墨塞塑兰兰塑墨鉴垫堡登塞 1 2 3 系统工程对汽车空调系统的要求 汽车空谖是一令复杂的系统，要想缀好缝勰决汽车空调熬运蘧，一定要 使用系统工程的方法和步骤，间时，它也是汽颦这个太系统的有机组成部分， 所以必颂逶应汽车系统工程的总体臻求 33 。丽实现汽车的综合电子控制是优 毒乏“入拜凌汽摹”系绕熬伟往蔻爱豢黉豹手羧，楚寒来汽车发袋瓣方 向，臼劝空调正是冀中一个重要缀成部分。 1 3 国痰羚汽车空调技术鹃发展现状 1 3 1 率用换热器的研究 | 裘汽车空调系鲮孛，冷凝器、蒸发嚣、凝照援葱俸都瓣予热交换器匏莲 畴，髓糟车用空调豹营及和发震，对车用捩热器进行单独酌研究，其意义是不 言而喻的。由于不断将传热学的最新成果应用予车用抉热器，并采用新的铝合 金麓辩寒我替簧统瓣换蕊器键，鞋及大豢袋矮蠢黪工慧泽鬏，爱荦孽辜趱接 热器的结构形式经历了铜制胀管式向铝制蛇形管带式的过波，并发展到最新结 构的多驻平行流冷凝器及层叠式蕊发器，丽且谯散热器领域还在不断取褥新鲍 成莱。遮一发震不仅使褥车蘑挽热器懿簧燕效率提商3 0 5 0 ，两且餮冀结构 更加紧潦，体积减小达3 0 - 4 0 ，麓量减轻更鼹在4 0 p a 上。 4 3 欧洲的v a l e o 公司热力硪究部、隧本酶疆和公蠲等都对此歙避深入的礤究。厕对，军髑羧爨 器的研究发展也极大地顺应了现私：汽车的设计思想最大限度地减，j 、汽车 零部件融身的体积蟛蘑量，以提供更太的乘坐空间和负载能力。 1 3 2 率用空调制冷剂的研究 c f c 。多年来一直作为车用空调制冷剂得到广泛的使用，趣随着c f 铥炎物 质辩大气臭氧屡静锻坏 乍霜被酗澎汪朔，对攀掰空谲静替代潮玲麴静赣究便弓| 南京理工太学工程硕士论文 第3 掰 长安汽车空调系统优化研究 起了各方面广泛的重视。美国杜邦公司对h f c 。，。的热物理性质进行了深入的研 究，指出h f c ，s “与c f c 。：在热物性上非常接近，且h f c 。的环保性能亦是非常理 想的。英国化学工业公司( i c i ) 在北美及澳洲组织了一个由肼c ，。空调系统 代替c f c 。空调系统的试验车队，车队的2 0 0 多辆试验车辆在经过了两年的运 行之后，证明h f c 。空调系统运行是可靠的，性能让人满意。另外，法国的 p e t t e r s o n j 基于0 魄的交叉结晶蒸汽压缩循环，提出了采用c o ：作为车用空 调制冷剂。在国外，还有人提出了用丙烷( 9 2 9 0 ) 和异丁烷( r 6 0 0 a ) 等碳水 化合物作汽车空调制冷剂的设想。在国内，一些公司对解决共沸混合工质的环 保性、适应性进行了不少的试验研究。 1 3 3 汽车空调自动控制 目前，汽车空调正向全自动的方向发展，微机、单片机得到越来越广泛 的应用，从而实现显示数字化、风量无级调控、压缩机以最佳工况运行等。日 本三菱公司研制出了在1 8 3 2 范围内可以选定任一恒温值的客车空调。德国 的h e i n r i c h 也对利用数字键盘发出指令来控制车内温度进行了研究。另外， 为解决压缩机间断调节带来的不利影响，日本电装公司研制了i o p - v 型两级变 排量l o 缸斜盘压缩机，美国德尔福公司研制了v 5 系列可变排量压缩机。 1 3 4 国内汽车空谓技术的现状 我国在汽车空调领域内的研究起步较晚，但在最近几年取得了长足的进 步。通过与国际上的行业巨子美国的德尔福公司和法国的法雷奥公司等的 合资、合作，使我国的汽车空调行业在生产手段上接近了国际水平。另外，髓 着我国汽车空调行业的迅猛发展，我国部分高等院校和大型生产企业的专家学 者纷纷对汽车空调系统的各个方面进行了深入的研究，使我国在该领域内的理 南京理工大学工程硕士论文 第4 页 堡壅鉴篓兰塑至垫垡垫黧塞 论研究水平上升到了一个较高的屡次，如上海汽车空调器厂的刘维华博士利用 搏经赠络法怼乘坐辩逶性鲍研究 5 】、会肥工大吴宝恚教授等太对汽车空谖模 糊控制韵研究 6 、清华大学史琳博士等人对h f c 。和c f c 。的对比研究等。另 外，国内一些高等院校和企业述肘车用空调制冷荆进行了深入的研究，如：西 安金爨近代琵工毒羧黉经公司发爨了1 - 1 f c 。鹃潮备方法，涛帮大学彝一麴= 垒鼗 研制了数种环保性髓选标的混合工质。 1 ，4 谍纛任务疑零文研究豹内容 1 4 1 课题立项及本人的任务 为了梅底解决s c 6 3 5 0 兹空凋裁冷降澄效果差靛睡趱，长安公黉专门于 1 9 9 8 年底成立了s c 6 3 5 0 优化设计项目组，负责对s c 6 3 5 0 空调系统进行全面的 改进设计。笔者作为该项目主要负责人，从设计计算、样品试制至4 各项试验验 迁王雩罄垒程参与势承臻圭要夔设诗襄谤调工 警，在踅鏊磷上楚残7 这簇王程硬 士论文。 1 4 ，2 本文的童装内容 本文的主要内容甑括以下几个方面： 1 )s c 6 3 5 0 黛调系统鹣燕受蕊诗算； 2 )s c 6 3 5 0 空调系统存在豹问题及原因分析 3 )s c 6 3 5 0 空调系统配置优化设计； 南京理工大学工程颈士论文第5 掰 长安汽车空调系境优化研究 2 长安牌s c 6 3 5 0 空调系统的理论分析 2 1 车用空调系统基本组成 s c 6 3 5 0 空调系统与多数汽车空调系统一样，采用的是单级蒸汽压缩式制 冷循环，它由压缩机、冷凝器( 带贮液干燥器) 、蒸发器( 带膨胀阀) 和制冷 管路等组成，图2 1 1 是一种双蒸发器车用空调系统的组成示意图。 高压管路 低压管路 图2 1 1 双蒸发器空调系统的组成示意图 车用空调系统的降温效果并没有一个强制性的标准，不同车型的汽车对 此要求的差别也较大，笔者根据多年来对微车空调系统的探索，认为s c 6 3 5 0 按照q c t6 5 8 - 2 0 0 0 汽车空调整车降温性能试验方法进行环境模拟试验， 当环境温度为3 8 ，在经济车速时( 5 0 k m h 左右，4 0 m i n 后测试数据) ，车内 平均温度不高于2 6 ；在高速时( 1 0 0 k m h 左右，4 0 r a i n 后测试数据) ，车内平 均温度不高于2 5 是一个合适的标准。 2 2 热平衡模型的建立 2 2 1 边界条件的确定 南豪理工大学工程硕士论文第6 页 长安汽车空调系统优化研究 2 2 1 1 车内条件的确定 综合对汽车车室内热舒适性的研究成果，我们将s c 6 3 5 0 车内边界条件确定 如下： 空气温度：t j _ 2 5 相对湿度：q = 5 0 换气量；v = 8 8 寸h ( 按l l m 3 h 人计) 2 2 1 2 车外条件的确定 综合考虑夏季的高温酷暑和车用冷气系统经常使用的环境，结合有关资料， 我们将该车的车外边界条件确定为： 环境温度；t 产3 5 曰照强度：i $ 十= 0 9 8 k w di 自= o 1 6 k w m 2 i ：o 0 4 k w m 2 行驶速度：v = 4 0 k m h( 对应压缩机转速为2 4 0 0 r p m ) 2 2 2 热平衡模型的构成 通过对车厢内热负荷的详细分析，并结合s c 6 3 5 0 车厢结构的具体特点，笔 者建立了s c 6 3 5 0 微型汽车的车厢热平衡模型，如图2 2 2 1 所示。传入车厢 内的各种热负荷的总和即构成了s c 6 3 5 0 热负荷，由热平衡关系可得： q = q1 + q2 + q 3 + q t + q5 + q8 + q 7 + q 日 式中卜空调热负荷； q ，通过车顶和车门等车身外构件传入车厢内的热负荷： q ：通过发动机仓传入车厢的热负荷； q ：通过前壁板传入车厢的热负荷； 南京理工大学工程硕士论文 第7 页 长安汽车空调系统优化研究 q 通过地板传入车厢的热负荷； 0 。通过挡风玻璃及各门窗玻璃传入车厢的热负荷 o ；换气新风带入车厢的热负荷； q t 车内电机及照明灯的热负荷； q 。乘员人体散发的热负荷； 国2 2 2 1s c 6 3 5 0 空调热负荷示意图 2 3 s c 6 3 5 0 空调热负荷的计算【2 2 3 1 通过车顶和车门等车身外构件传入车瓶的热负荷q 。 由于太阳辐射的影响，车身外构件的表面温度会比环境温度高出许多，为 了简化这一部分的热负荷的计算，需要引入日照表面温度t 。的概念指由于 太阳辐射造成的车身表面实际温度，由于车顶和车侧的日照强度和传热系数并 不一样，t 。和t 。_ 也各不相同。 其中：t 。疆= p i 疆( a 2 + k 璜) + 乜 t 。| = p i _ ( o k + k _ ) + t o 式中：p 车外表面吸收系数，取0 9 ： 南京理工大学工程硬士论文第8 页 4 一 篓塞苎王羔塑至竺垡堡墅塞 i 广车矮太骝辐瓣强度，i ，= i 。， i r 车侧太阳辐射强度，i _ = ( i 垂赢+ l 艋) 2 “f 车外空气与率外表面的对流放热系数， 龀= 1 3 5 ( 4 2 + 1 3 5 v “5 ) = 7 3 6 w ( 甜) l ( 摧一车顼黉热系数； k 村车侧传热系数 t 。环境温度； v 行驶速度； 鏊嚣麓热戆菱搴公式灸：穑= k f at 【7 】 式中：k 传热系数爷传热面积 a t 传热温差 显然有q ：= q + q 月 = k 理f 疆( t 。磕一t 1 ) + k 糖f 舅( t 。i e t 1 ) 式孛：f 摧一车璜敖熬瑟彀，经溺量鲍为2 。巷若； f 崔车侧散热面积，经测量约为：育内饰部分f 糖；约为 2 1 7 2 ： 无内饰部凳f _ 。约为3 9 6 m 2 ； t ，一擎连溢痉； 现程，需要确定的参数就只剩下传热系数了。为了简化计葬，率搿各部分 均按多滕均匀平壁传热考虑。根据有关的传热理论 7 ，有： k - - l ( t a l 斗6 ；九一1 讹) 式子：联。浚表嚣教热系数，车凌空气按鑫然赣拶考瘩，其餐取 为1 5 ： 8 ；各层绝热材料的厚度； ；嚣层绝热材料的导热系数； 蔫亵理王太擘工程疆论文蔫9 更 长安汽车空请系统忧纯骈宽 军顶部分，由钢板、空气间隙、隔热硬顶组成，其厚度分别为0 7 m m 、l o m m 、 帮4 r a m ，导熬系数分别隽5 1 6 3 、6 。3 9 、0 。0 2 8 ，单位为形( 壤) 。魇以蠢： k - - 1 ( 1 1 5 + 0 0 0 0 7 5 1 6 3 + 0 0 1 6 3 9 + 0 0 0 4 0 0 2 8 + 1 7 3 + 6 ) * 4 4 5 w ( 莳) 蠢凌堂萋车劐部势，其缍拣踅凑镄扳、空气翔辍帮海臻缀缀袋，莫簿凌分翔 0 7 m 、2 0 衄、2 8 洲，导热系数分别为5 1 6 3 、6 3 9 、0 0 5 ，单位为w ( m ) 。 所以该部分的传热系数k * 。为 k _ 1 ：1 ( 1 1 5 + 0 0 0 0 7 5 1 。6 3 + 0 ，0 2 6 3 9 + 0 0 0 2 6 0 0 5 + 1 7 3 6 ) 7 3 9 w ( 甜) 车溉无走镑部分，其缝挎是国钢板、空气瓣黢、镅叛缝残，其簿度分裂秀 0 7 嗽、2 0 m m 、0 7 m ，空气导热系数取6 3 9 。由于该部分静窗框、立柱均为框 形结构，金属面直接伸到车内，构成“穿透热桥”，可认为黛部金属表面温度 稳弱，按摹层蔽考惑，凝班其特热系数k * 。惫： k _ z = l ( 1 1 5 + 2 x0 0 0 0 7 5 1 6 3 + 0 0 2 6 3 9 + 1 7 3 6 ) t 2 w ( 岔) 在确定了各部分鹣传蒸系数麓，兢可班计冀出各部分豹爨照表瑟综会溅度： t 。璜= p i 珥( 钒十k 疆) + t 2 如。9 x o 。9 8 1 妒( 7 3 。6 + 4 。4 5 ) + 3 5 4 6 3 t 。* 严p im ( 蝴伥a 1 ) + t 2 哟。9 ( 0 1 6 + 0 ，0 4 ) x l o v 2 7 3 。6 + 7 。3 9 ) + 3 5 ：3 6 1 t 。董2 = p i 错( 鳓十k 馕2 ) + t 3 躏。9 x ( 0 。1 6 + 0 0 4 ) x1 0 3 ( 7 3 6 + t 2 ) + 3 5 南京理工大学工程硕士论文第1 0 顾 长安汽车空调系统优化研究 = 3 6 0 5 所以q 。钿+ q 月 = 4 4 5 2 6 ( 4 6 3 - 2 5 ) + 7 3 9 2 1 7 ( 3 6 1 2 5 ) + 1 2 x 3 9 6 ( 3 6 0 5 - 2 5 ) 9 5 0 w 2 3 2 通过发动机舱传入车厢的热负荷q 2 ： 发动机舱温度tx 在规定的外部条件下经测试约为9 06 c ，发动机舱壁面积 为0 6 8 m 2 由钢板、玻璃纤维隔热垫及成型地毯组成，其厚度分别为0 0 0 1 2 m 、 0 0 0 5m 、0 0 0 6 m ，导热系数分别为5 1 _ 6 3 、0 0 5 、0 0 5 ，单位为w ( m ) 。 发动机舱一侧的表面放热系数按强制循环考虑，取o 如t = c t ：。所以其传热系数k 。 为： k & = t ( 1 a i + 6 j + l a t ) = 1 ( 1 1 5 + 0 0 0 1 2 5 1 6 3 + 0 0 0 5 0 0 5 + 0 0 0 6 0 0 5 + 1 7 3 6 ) 3 3 3w ( m 2 ) 所以龟= k 裳f & ( t & 一t 1 ) = 3 3 3 0 6 8 x ( 9 0 - 2 5 ) 1 4 7 w 2 3 3 通过前壁板传入车厢内的热负荷0 。： 前壁板处的温度在规定的外部条件下经测试t 口约为7 5 ，由0 7 舳钢板 和6 珊聚胺脂泡沫隔热垫组成，面积约为0 8 2 m 2 ，其外壁面放热系数按空气强 制循环考虑，取o t n ；a 。所以其传热系数 k 嚣= 1 ( 1 俚，+ 6i i + l a 前) 南京理工大学工程硕士论文第1 1 页 长安汽车空调系统优化研究 = 1 ( 1 1 5 + 0 0 0 0 7 5 1 6 3 + 0 0 0 6 0 0 5 + 1 7 3 6 ) 一5 w ( 才) 所以峨= k # f # ( t * 一t 。) = 5 0 8 2 ( 7 5 2 5 ) 2 0 5 w 2 3 4 通过地板传入车厢内的热负荷q 4 ： 地板的面积约为3 3 晡，其外侧温度根据文献 2 推荐取3 8 c ，外侧放热 系数取鼬= ，地板由她毯、钢板及一层沥青板构成，其厚度分别为5 衄( 平均) 、 1 2 m 、5 m ，地毯和沥青板的导热系数分别为为0 0 5 和0 0 4 w ( m ) 。通 过地板传入车厢的热负荷按多层均匀平壁传热计算，其中地板传热系数为 k t = l ( i i s + o 0 0 5 0 0 5 + 0 0 0 1 2 5 1 6 3 + 0 0 0 5 0 0 0 4 + i 7 3 6 ) 3 2 8 w ( m 2 ) 所以q - - k 地f 域( t 地一t 1 ) = 3 2 8 3 3 3 x ( 3 8 - 2 5 ) 4 师 2 3 5 通过玻璃传入车厢内的热负荷0 5 ： 经测量，全车玻璃面积为2 9 7 m z ，厚度约为4 衄其导热系数取0 6 5 。该 部分的热负荷包括两部分，一部分是车内外的温差而传入的热量，另一部分 是太阳辐射热q 5 。其中， 瓯。= k # f # ( t 2 - t ，) = i ( i i 5 + 0 0 0 4 0 6 5 + 1 7 3 9 ) 2 9 7 x ( 3 5 2 5 ) 3 4 4 w q s b = ( n u + p # ( 嘎。旺2 ) u ) ) s 南京理工大学工程硕士论文 第1 2 页 长安汽攀空调系统低能姘究 式中n 太阳辎射通过玻璃的透入系数，取n = 0 8 4 i l 卜。太阳辍射热量，虫予挡风玻璃不怒垂蛊安装，冀蕊毂终兔。? 4 菸， 在垂直方向的投影面积豹为0 5 7 m z ，水平方商酌投影面积为0 4 掰 u = i _ ( f 艘0 7 4 + 0 5 7 ) + im 0 4 8 = ( ( 1 6 + 0 。0 4 ) 2 ) xl 拶( 2 。7 峭7 4 + 0 。5 7 ) 十0 。9 8 i 妒 0 4 8 = 7 5 0 w p 畦- 一玻璃对太阳辐射的吸收系数，取0 。0 8 ； s 蔻鬻落派系数，蜜予渡车采瑟懿麓4 r a m 营逶玻璃，其蕴致t ； 所以堪b = ( 0 8 4 7 5 0 + 0 0 8 x ( 1 5 7 3 6 ) x 7 5 0 ) x1 10 6 4 2 w 显然妊堍。 = 3 4 4 + 6 4 2 - - 9 8 6 i 2 。3 6 通过换气新风传入车籀内的热负裤瓯： 氇= 譬￥( k h 。) 式中卜换气量； ￥空气辫度，在3 5 时，约势必1 。1 3 6 k g m 3 h 。空气程3 5 c 时的始值； h 广空气栈2 5 时的焓使，h 。- h 。4 4 k j k g ； 毡= ( 8 8 3 6 0 0 ) t t 3 6 4 4 xl 秽 1 2 2 2 w 2 。3 7 车内毫橇及照臻灯等的热受萄獭； 南京理工大学工程硕士论文第”面 长安汽车窆疆摹缝捷纯臻究 在使用空调静条讳下，车瘫电视主要考虑顶置蒸发器电瓤、最机电机，其 功率分别为3 0 w 、9 0 w ，两个照明灯的功率分别为8 w 和5 w ，收敞机的功率约为 5 0 w 。 掰滋q r = 3 0 + 9 0 + 8 + 5 + 5 0 = t 8 3 w 2 3 8 乘员人体散发的热负荷； 根据一般的资料介绍，司机的人体发热按1 4 5 w 计，乘员的人体发热按1 2 0 w 诗。 所以q s = 1 4 5 + 7 xt 2 0 - - 9 8 5 w 2 3 9s c 6 3 5 0 空调热负荷q ； p 强啕2 + q + 镰+ 锈埯强岣g - - - - 9 5 湃1 4 7 + 2 0 5 + 1 4 2 + 9 8 6 + 1 2 2 2 + 1 8 3 + 9 8 5 = 4 8 2 椭， 囊。s o 驽驶室空濑热受萄鳇确定 对驾驶室帮分豹塑调热负荷毽进行单独的计算 q7 砘坞+ 锅+ 0 7 峨+ q b 崦憾7 其中q 。驾驶嫩部分车顶及车侧牮厢的热负荷，约为 1 3 镳，蘑鞋 q ，7 = i 3 9 5 0 3 1 7 w 如7 驾驶窝部分发动机舱传入车厢的热负荷，约为 2 3 如，所以 逸= 2 3 1 4 7 = 9 8 w 南京鹱王大学工程硬士论文第1 4 更 长安汽车空调系统优化研究 如通过前壁板传入车厢内的热负荷， 如7 = = q 3 = 2 0 5 w q 驾驶室部分地板传入车厢内的热负荷，约为 1 3 m ，所以 0 4 = i 3 1 4 2 - - 4 7 w 咏驾驶室部分玻璃传入车厢内的热负荷，按0 5 的计算方法算得， 0 s 6 6 3 w 哦驾驶室部分的新风热，虽然驾驶室只有两个 人，但新风主要是通过仪表台板下面的进风箱进入车厢内 的，如果采用双蒸发器，这部分热负荷将完全依靠前置蒸发 器来抵消，所以 哦= q s = 1 2 2 2 w 岛驾驶室部分风机电机、收放机及照明灯等的热负荷 q ，- - 9 0 + 5 0 + 8 = 1 4 8 w 瞌7 驾驶室部分乘员人体散发的热负荷 龟= 1 4 5 + 1 2 0 = 2 6 5 w 所以q = 3 1 7 + 9 8 + 2 0 5 + 4 7 + 6 6 3 + 1 2 2 2 + 1 4 8 + 2 6 5 = 2 9 6 5 w o q = 2 9 6 5 4 8 2 0 6 1 5 9 6 2 48 c 6 3 5 0 空调系统制冷量的确定 通过以上计算，明确了s c 6 3 5 0 的空调热负荷到底有多大，特别是可以清 楚地了解其车厢内空调热负荷的分布状况。鉴于s c 6 3 5 0 车厢内驾驶室部分的 南京理工大学工程碗士论文 第1 5 页 长安汽车空调系统优化研究 空调热负荷超过了全部热负荷的6 0 ，采用双蒸发器结构的空调系统就显得十 分必要。而且，根据计算结果，并考虑前置蒸发器的冷气会向后扩散的实际情 况就可以制定“双蒸”系统的设计方针按“前大后小”的原则来匹配两 个蒸发器考虑降温过程中车内零件的放热等因素，制冷量p 与热负荷q 的关 系一般取为；p = cq 比例系数c 一般取为( 1 0 5 1 2 ) ，虽然“长安之星”的车体较大，座椅 等车内零件较多，但考虑到实际乘员数经常达不到8 名( s c l 0 1 5 x 规定只有5 名乘员) 等因素，c 值取下限。 所以有：p = c0 = 1 0 5 4 8 2 0 = 5 0 6 1 w 即在4 0 k m h 车速时其系统制冷量应达到5 0 6 1 w 左右。 2 5s c 6 3 5 0 空调系统的设计计算 2 5 1 压焓图上状态点的确定 p p a ) p d h o o k g ) 图2 5 1 1s c 6 3 5 0 空调系统工作压焓图 在2 1 中已经提到s c 6 3 5 0 空调系统与多数汽车空调系统一样，采用的是 单级蒸汽压缩式制冷循环，其工作过程可以清楚地表示在压焓图上，如图 2 5 1 l 所示。 南京理工大学工程硕士论文 第1 6 页 筏安汽车空键箍统忧纯研究 在该圈中，l 一2 为压缩过程，2 4 为冷凝过程，4 3 为节流膨胀过程， 3 - * l 为蒸发过程。根据文献( 8 ，将该系统的设计状杰确定如下： 蒸发基力p s = 0 。2 嚣a冷凝蹑力p d = 1 。4 7 1 p a 吸气温度t s = 5 排气温度t d = 9 0 过冷度s c = o 这样，就可以确定各状态点豹参数( t 各点溉度值，卜比客， h 各点络葭) 。觅表2 。5 。1 1 。 表2 5 1 1 压焓蹦上状态点参数 状态点参数数值单位 t l5 lv 10 0 7 m 3 k g h l4 0 2 k j k g e t 29 0 2 h 24 7 6 k j k g t 45 5 4 h 42 8 2 k j k g 2 5 2 制冷剂循环流鬣： 质量流爨m = o q q 一鬣统溷冷餐； q 单位质量制冷赞，q ，= h l h 4 搿以m = o ( h i h 4 ) = 5 0 6 1 ( 4 0 2 2 8 2 ) 1 0 3 ) o 0 4 2 k g s 薅黎浚壁 v = 撩宰y l = 2 9 5 2 m l s ； 2 5 3 所需压缩机排盈 d i s p = v ( n r lv ) 梅京理工太学工稔颈士论文第1 7 页 长安汽车空调系统优化研究 n 压缩机转速，取2 4 0 0 r p m ； nv 压缩机容积效率，涡旋式压缩机取0 9 8 ，旋叶式压缩机取0 8 ， 活塞式压缩机取0 6 ： d i s p * * = 2 9 5 2 ( 2 4 0 0 6 0 * 0 9 8 ) 7 5 3 m l r d is pt = 2 9 5 2 ( 2 4 0 0 6 0 * o 8 ) 9 2 3 m i r d is p 镕l = 2 9 5 2 ( 2 4 0 0 6 0 * 0 6 ) 1 2 3 m l r 2 5 4 冷凝器熊力计算： o c = c * ( h 2 - h 4 ) 木 c 冷凝器劣化系数，一般取1 3 ，考虑s c 6 3 5 0 冷凝器背压较高，取为 1 3 5 ： 所阻o c = 1 3 5 * ( 4 7 6 - 2 8 2 ) 1 0 3 十0 0 4 2 11 0 0 0 w 2 5 5 蒸发器能力计算： 蒸发器制冷量q e 与系统制冷量q 应是一致的 所以q e = q * 5 0 6 1 w 2 6 送风量的确定 根据文献 2 风机的送风量v = 如 p ( h 入一h 出) 式中：p 蒸发器入口空气密度； q e 蒸发器制冷量； h 入蒸发器入口空气焓值； h 出蒸发器出口空气焓值； 考虑蒸发器入口处有新风进入，新风与车内空气的比例一般按l ：4 计算， 则前蒸发器入口的空气状态是： 入口温度t n = 2 5 8 0 + 3 5 2 0 = 2 7 ， 南京理工大学工程硕士论文 第】3 页 长安汽车空调系统忧化研究 入口空气相对湿度v 前= 5 0 ； 出口空气状态取为：温度为1 0 1 2 ，相对湿度为7 0 。蒸发器进出口空气状 态确定后，就可以通过查湿空气焓湿图确定各参数值。 9 j p = 1 1 5 k g m 3 h 入= 5 5 5 k j k g ； h 出= 2 4k j k g ； 所以，风机的送风量v ：5 0 6 1 ( 1 _ 1 5 ( 5 5 5 - 2 4 ) ) 木3 6 5 0 3 寸h 即蒸发器总的送风量应控制在5 0 3 一1 1 左右，送风量设计得太大会造成成 本增加、带来噪声问题并使得风机难以布置，送风量设计得太小会影响车内温 度分布的均匀性和稳定性。 南京理工大学工程硕士论文 第1 9 页 长安汽车空调系统优化研究 3s 0 6 3 5 0 原空调系统的问题及原因分析 3 1 s c 6 3 5 0 原空调系统存在的问题 s c 6 3 5 0 的空调系统完全是由日本铃术公司设计的，长安公司只是按照原 设计进行了国产转化工作，但在s c 6 3 5 0 投产后不久，其空调系统就暴露了较 多的问题。 3 1 1 制冷降温性髓差 s c 6 3 5 0 上市以来，用户普遍反映空调系统降温效果差。为了检验s c 6 3 5 0 原空调系统的整车降温效果笔者于1 9 9 9 年4 月3 日对装有原空调系统的 s c 6 3 5 0 整车在上海德尔福汽车空调系统有限公司进行了环境模拟试验，试验结 果见表3 1 1 i 。 表3 1 - l _ 1s c 6 3 5 0 原空调系统的整车降温性能数据 车速4 0 ( k i n h )6 0 ( k m h ) 测试内容、4 0 m i n 后测试数据4 0 m i n 后测试数据 压缩机吸气压力 0 0 9 40 0 4 7 ( 船) a ) 压缩机排气压力 1 8 81 7 0 ( 肝a ) 驾驶室平均温度( ) 2 9 42 7 0 中排平均温度( ) 2 8 72 6 9 后排平均温度( ) 3 0 22 8 7 车内平均温度( ) 2 9 72 7 4 试验条件空气湿度：5 0 日照强度：7 6 钾脚 制冷剂加注量：7 5 0 9 空气温度：3 8 5 c 转矩：5 0n m( 车内无乘员) 在表3 1 1 1 中可以看到，在日照强度为7 6 0 w 岔的情况下，当车速分别 南京理工大学工程硕士论文第2 0 页 长安汽车空调系统优化研究 为4 0 和6 0 k m h 时，车内平均温度分别为2 9 7 和2 7 4 1 2 ，而在2 0 0 0 年1 1 月 6 日发布的q c t 6 5 8 2 0 0 0 汽车空调整车降温性能试验方法中将曰照强度确 定为1 0 0 0 w m 2 2 5 w 莳，而在这种试验条件下根据2 1 的要求车内平均温度应 当是2 6 。c 以下，如果按q c t 6 5 8 2 0 0 0 进行试验，s c 6 3 5 0 车内平均温度无疑会 超过3 0 c ，可见s c 6 3 5 0 的整车降温效果远远达不到舒适性要求。同时，在此 表中还可以看到压缩机排气压力较高，说明冷凝能力不足，而且当车速增加时， 压缩机吸气压力降低很快，这无疑会使吸气过热度迅速增加，使高速时压缩机 排气温度过高，对压缩机的正常运行非常不利。 3 1 2 压缩机故障率高 s c 6 3 5 0 投产后不久，就经常有用户反映空调压缩机出现故障，经统计，其 故障率高达1 ，而正常的压缩机故障率仅为0 2 左右。这样一来，不仅用户 怨声载道，同时也给长安公司带来了较大的经济损失，并影响s c 6 3 5 0 的市场 声誉。然而对该车所采用的s s 一7 2 压缩机进行了全面的试验分析，发现所有的 技术指标均满足要求。 3 1 3 冷气分配不合理 从2 2 和2 3 的计算结果可以姗道，s c 6 3 5 0 驾驶室区域的热负荷占到了整 车热负荷的6 0 以上，而日本设计的s c 6 3 5 0 的空调系统仅采用一个顶置蒸发 器，该蒸发器共有5 个出风口，3 个向后直吹，另外两个经导风管从前侧吹出， 且后风口出风风速大大高于前风口出风风速，给驾驶室区域提供的冷风量占总 的冷风量的3 0 哪, 1 ，在整车制冷量本来就不足的情况下，可谓是“雪上加霜”。 而且前风口直吹正、副驾驶的头部侧面，有悖人体工程学的基本要求。另外， 蒸发器的后出风口与中排乘员的距离太近，吹风感太强，不符合舒适性要求。 南京理工大学工程硕士论文第2 1 页 长安汽车空调系统优化研究 这就难怪用户反映“前热后冷”。 3 1 4 蒸发器溢水现象严重 当s c 6 3 5 0 在急停、转弯和爬坡的情况下，经常出现较严重的溢水现象。 另外，原来的蒸发嚣装饰外壳在设计上要求在外表面织绒，由于经常有冷凝水 吹出或漫溢，极易对蒸发器装饰外壳造成无法修复的污损，在用户中造成了极 为恶劣的影响。 3 2s c 6 3 5 0 原空调系统问题的原因分析 3 2 1 系统配置达不到舒适性要求 3 2 1 1 原系统压缩机性能指标 该系统采用的是日本精工精机公司生产的0 7 l v o 型旋转叶片式压缩机 ( s s - 7 2 ) ，排量为7 2 m l r ，主要性能指标见表3 2 1 1 1 ： 表3 2 1 1 1s s - 7 2 压缩机主要性能指标 n c ( r p )o 彻l ( k w )n ，( ) c o pt d ( ) 1 0 0 01 7 0 00 8 08 22 1 27 5 8 2 0 0 03 5 9 01 6 88 72 1 37 8 7 3 0 0 05 4 4 02 7 18 72 0 08 0 3 测试条件：p s = o 2 0 m p a p d = 1 4 7 m p as h = i o 1 cs c = o 表中n c 压缩机转速q _ 制冷量l 功耗 1 1 ，容积效率c 0 卜_ j 生能系数 t d 一排气温度 通过对进口样机进行试验，s s - 7 2 压缩机的所有性能指标渡达到了其设计 要求。 - 南京理工大学工程硕士论文第2 2 页 墨壅塑兰皇塑墨堕垡些竺塞 3 2 1 2 冷凝器 该系统采用的冷凝器为纵向多重平行流冷凝器，扁管数量为3 2 根，厚度 为2 m ，高度为3 5 0 m ，其排列顺序为1 3 9 6 4 ，翅片高度为6 m m ，节距为 1 2 m ，其设计参数见表3 2 1 2 1 ： 但是按照相同的测试条件对日本铃木公司所提供的样品进行了多次测试， 结果表明其冷凝能力根本达不到设计要求，仅为7 0 0 0 w 左右。 表3 2 1 2 1 冷凝器设计参数 空气侧冷凝能力8 6 0 0 5 0 0 w 空气侧压力损失小于1 3 0 p a 制冷剂侧压力损失小于2 9 k p a ( 流量为l o o k g h ) 测入口过热度2 5 试 出口过冷度 5 条 入口压力 1 4 7 a 件 环境温度 3 5 风速4 5 m s 3 2 1 3 蒸发器 该系统采用的是蛇形管带式蒸发器，芯体尺寸为4 0 0 x1 2 5 x 8 5 ，扁管厚 度为5 m ，翅片高度为1 5 哪，节距为1 5 咖，采用t 型膨胀阀，规格为1 o t o n ， 其设计参数见表3 ： 表3 2 1 3 1 蒸发器设计参数 制冷量4 5 0 0 w l o 干态 1 1 7 p a 空气侧压力损失 湿态 1 3 7p a 测 风量3 5 0 m 3 s 试 过热度 5 条进气温