变排量压缩机研究及其汽车空调特性研究清华大学建筑学院.ppt

第五届国际汽车空调技术交流会 变排量压缩机及其汽车空调特性研究田长青李先庭窦春鹏彦启森清华大学建筑学院建筑技术科学系 2 研究背景研究工作结束语 报告内容 研究背景研究工作结束语 3 On off控制的不可逆损失 背景 定排量压缩机缺点 车内温度波动引起的热舒适性问题 压缩机周期性离合对发动机的干扰 4 背景 变容量压缩机 5 我国现在采用变排量压缩机的轿车空调系统已经达到40 左右 主要车型有 一汽奥迪A6 宝莱 捷达 红旗 上海Passat Polo 别克 奇瑞 中华轿车 通用金杯 沈阳雪佛莱 等等 背景 变排量压缩机广泛应用 6 制冷系统振荡 背景 存在的问题 空调系统节能 蒸发器结霜 7 系统振荡现象 8 研究背景研究工作结束语 报告内容 研究背景研究工作结束语 9 摇板式 10 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 11 活塞行程测量方法和装置 1 a 结构图 b 装置照片 五缸摇板式变排量压缩机 12 1主轴组件2斜板组件3推杆4推针5O型圈6轴头螺母7拨叉8拨叉套9垫块10压盘 测量装置照片 活塞行程测量方法和装置 2 七缸斜板式变排量压缩机 13 活塞行程测量装置的重要意义 解决了制约变排量压缩机研究的重要难题 在2002普渡压缩机国际会议上受到国际同行关注和广泛好评 该测量装置为变排量压缩机特性的研究打下基础 使变排量压缩机动态特性和稳定性研究成为可能 相关研究撰写的论文已被JournalofAutomobileEngineering接受 清华大学学报 发表 发明专利ZL02128862 3 14 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 15 控制阀模型 运动部件动力学模型 压缩过程模型 摇板箱压力 活塞行程 质量流量 排气温度 排气压力 转速 吸气压力 吸气温度 控制阀模型 变排量压缩机数学模型 16 控制阀数学模型 受力方程 质量守恒方程 能量守恒方程 状态方程 17 Pd 1 33MPa 阀杆位移 摇板箱压力 吸气压力 阀杆位移 控制阀模型验证 18 控制阀模型 运动部件动力学模型 压缩过程模型 摇板箱压力 活塞行程 质量流量 排气温度 排气压力 转速 吸气压力 吸气温度 运动部件动力学模型 变排量压缩机数学模型 19 运动部件动力学模型 20 Sp减少时摇板 轴颈受力需满足 Sp增加时摇板 轴颈受力需满足 考虑了各运动部件间的主要摩擦力 运动部件动力学模型 21 轴套受力分析 22 摇板角增加时 轴套受力分析 摇板角减少时 23 控制阀模型 运动部件动力学模型 压缩过程模型 摇板箱压力 活塞行程 质量流量 排气温度 排气压力 转速 吸气压力 吸气温度 压缩过程模型 变排量压缩机数学模型 24 压缩过程模型 质量流量 出口状态 容积效率 指示效率 25 相对容积效率 相对等熵效率 26 控制阀模型 运动部件动力学模型 压缩过程模型 摇板箱压力 活塞行程 质量流量 排气温度 排气压力 转速 吸气压力 吸气温度 变排量压缩机数学模型 27 模型验证 相对误差 10 相对误差 6 28 变排量压缩机数学模型小结 通过受力方程 质量守恒 能量守恒方程建立数学模型并通过实验验证 为变排量压缩机及其汽车空调系统特性分析和技术改进奠定了基础 提出适用于活塞行程调节类变容量压缩机的数学模型建立方法 相关研究撰写的论文已发表于AppliedThermalEngineering 29 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 30 实验首次发现压缩机行程 调节滞区 31 调节滞区 模拟分析 活塞行程与吸气压力关系 制冷剂流量与吸气压力关系 32 调节滞区 模拟分析 运动部件摩擦系数的影响 sv为主轴与轴套之间的摩擦系数 33 调节滞区 模拟分析 压缩机转速Nc的影响 34 调节滞区 模拟分析 排气压力Pd的影响 35 压缩机变行程特性小结 研究发现变排量压缩机活塞行程存在 调节滞区 变行程方式下的参数关系变成多值对应关系 理论分析揭示出调节滞区是由于压缩机运动部件之间的摩擦力造成 相关研究已在AppliedThermalEngineering发表 或已投寄Int J ofRefrigeration 36 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 37 蒸发器结霜原因分析 排气压力Pd对Ps0 Ps cd的影响 控制阀 控制阀吸气压力设定值 38 吸气管道长度对蒸发器结霜影响 对于C值较小的控制阀 吸气管道阻力越小 越容易出现蒸发器结霜 39 冷凝器进风温度对蒸发器结霜影响 当实际运行过程中冷凝器进口风温高于设计工况 易出现蒸发器结霜 40 蒸发器结霜原因分析小结 为防止蒸发器结霜 在系统部件匹配时 吸气管道阻力越大或冷凝器面积越大 就需要匹配较大C值的控制阀 对于部件匹配合理的系统 当冷凝器进口风温高于设计工况 也可能出现蒸发器结霜 这是现有控制阀的缺陷 相关研究撰写的论文已被AppliedEnergy接受 41 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 42 大外扰系统稳定性研究 实验研究 模拟分析 43 系统动态特性实验系统 实验系统平面图 44 实验系统照片 系统动态特性实验系统 45 发现了多种振荡现象 蒸发器与热力膨胀阀控制回路振荡节流孔板与变排量压缩机振荡变排量压缩机与热力膨胀阀振荡 46 冷凝压力突变对系统稳定性影响 47 空调负荷对系统稳定性影响 48 节流装置进口两相或蒸发器出口两相是系统振荡的必要条件 但不是充分条件 实验研究结论 49 实验研究结论分析 50 大量试验研究揭示 节流装置进口或蒸发器出口制冷剂为气液两相状态是汽车空调制冷系统出现振荡现象的必要条件 保守稳定域 保证系统不出现节流装置进口两相和蒸发器出口两相的外部扰动参数变化区域 大扰动系统稳定性模拟分析 51 系统部件参数关联图 系统动态模型 52 系统动态模拟框图 53 保守稳定域 Ps cd Teai 27 Tcai 35 蒸发器高档 每秒250r min 过冷度为3 54 车速变化速率对保守稳定域的影响 Ps cd Teai 27 Tcai 35 蒸发器高档 过冷度为3 55 系统大扰动稳定性分析小结 节流装置进口或蒸发器出口制冷剂为气液两相状态是汽车空调制冷系统出现振荡现象的必要条件 保守稳定域的提出与分析 相关研究已被Int J ofRefrigeration接受 56 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 57 外部控制变排量压缩机 现有技术 外部控制阀均采用电磁式 输入参数多 系统控制复杂 成本高 未考虑系统振荡问题 58 我们的方案 步进电机控制 控制阀阀体 步进电机 59 数学模型 阀开度计算公式 质量守恒方程 能量守恒方程 状态方程 60 摇板箱压力随脉冲数变化 Pd 10bar Ps 2bar 61 排气压力和吸气压力对摇板箱压力的影响 N 10 62 外部控制变排量压缩机 控制蒸发压力调节制冷除湿防止蒸发器结霜防止系统振荡 控制目标 63 活塞行程测量 实验系统 系统稳定性 压缩机变行程特性 压缩机模型 蒸发器结霜 系统稳态模型 系统动态模型 技术路线 电动式外部控制器 1 2 3 4 5 6 64 近年在变排量压缩机及其汽车空调方面的主要研究成果 公开发表研究论文35篇 其中英文期刊论文8篇 国际会议11篇 完成国家自然科学基金1项 国际合作项目1项 校企合作项目3项 获得专利2项 65 发表论文 1 ChangqingTian ChunpengDou XinjiangYang XiantingLi Amathematicalmodelofvariabledisplacementwobbleplatecompressorforautomotiveairconditioningsystem AppliedThermalEngineering v24 n17 18 December 2004 2467 2486 SCI864SX EI04378350570 ChangqingTian ChunpengDou XiantingLi YunfeiLiao Experimentalinvestigationonthesteady stateperformanceandregulatingcharacteristicsofvariabledisplacementwobbleplatecompressor JournalofAutomobileEngineering SCI源期刊 inpress ChangqingTian XiantingLi XinjiangYang Numericalanalysisonevaporatorfrostinginautomotiveairconditioningsystemwithavariabledisplacementcompressor AppliedEnergy SCI源期刊 inpress ChangqingTian XiantingLi Transientbehaviorevaluationofanautomotiveairconditioningsystemwithavariabledisplacementcompressor AppliedThermalEngineering SCI源期刊 inpress ChangqingTian XiantingLi Numericalsimulationonperformancebandofautomotiveairconditioningsystem EnergyConversionandManagement SCI源期刊 inpress ChunpengDou XinjiangYang ChangqingTian XiantingLi Numericalanalysisontheperformanceofcontrolvalveinvariabledisplacementwobbleplatecompressor JournalofMechanicalDesign SCI源期刊 inpress 66 发表论文 2 ChangqingTian ChunpengDou XinjiangYang XiantingLi InstabilityofautomotiveairconditioningsystemwithavariabledisplacementcompressorPart1 Experimentalinvestigation InternationalJournalofRefrigeration SCI源期刊 accepted ChangqingTian ChunpengDou XinjiangYang XiantingLi InstabilityofautomotiveairconditioningsystemwithavariabledisplacementcompressorPart2 Numericalsimulation InternationalJournalofRefrigeration SCI源期刊 accepted TianChangqing WangXinquan ZhangDingcai Researchonthenewmaterialsandequipmentforpurifyingharmfulgases Proc1998IntSympSafSciTechnolISSST 1998 p689 693 EI99014534212 田长青 窦春鹏 杨新江 李先庭 变排量压缩机活塞行程测量方法及应用 清华大学学报 自然科学版 2003 43 10 1412 1415 EI04108053087 TianChangqing DouChunpeng YanQisen TheStabilityofRefrigerationSystems ProceedingsofInternationalConferenceonEnergyConversionandApplication Wuhan P R China June17 20 2001 1043 1046 EI03137412559 窦春鹏 田长青 胡世辉 李先庭 彦启森 变排量压缩机和热力膨胀阀汽车空调系统振荡现象的试验研究 全国暖通空调制冷2OOO年学术年会论文集 2000年10月 67 发表论文 3 ChangqingTIAN ChunpengDOU XiantingLI QisenYAN ExperimentalInvestigationintoHuntingofanAutomotiveAir conditioningSystemwithVariableDisplacementCompressorandThermalExpansionValve ProceedingsofExperimentalMethodsandMeasuringTechniquesinRefrigeration Li ge Belgium December18 20 2000 P08常东来 田长青 窦春鹏 胡世辉 江亿 彦启森 变排量压缩机控制阀实验研究与分析 流体机械 2000 28 9 7 11田长青 窦春鹏 杨新江 李先庭 彦启森 变排量压缩机汽车空调制冷系统节流元件的配置 汽车技术 2001 3 15 17田长青 杨新江 窦春鹏 李先庭 彦启森 轿车空调用斜盘式变排量压缩机的发展 流体机械 2002 30 增刊 86 89DouChunpeng TianChangqing YangXinjiang XiantingLi QisenYan TheBehaviorComparisonBetweenVariableDisplacementCompressorandFixedDisplacementCompressorinAutomobileAirConditioningSystem ProceedingsoftheEleventhInternationalPacificConferenceonAutomotiveEngineering Shanghai P R China Nov 6 9 2001 IPC2001F114ChangqingTian XinjiangYang ChunpengDou XiantingLi QisenYan TheStabiltyofAutomotiveAirConditioningSystems ProceedingsoftheEleventhInternationalPacificConferenceonAutomotiveEngineering Shanghai P R China Nov 6 9 2001 IPC2001F113 68 发表论文 4 YangXinjiang TianChangqing DouChunpeng HuShihui DynamicBehaviorofControlValveinVariableDisplacementWobblePlateCompressor atheoreticalinvestigation ProceedingsoftheEleventhInternationalPacificConferenceonAutomotiveEngineering Shanghai P R China Nov 6 9 2001 IPC2001F116YangXinjiang DouChunpeng TianChangqing HuShihu DynamicBehaviorofControlValveinVariableDisplacementWobblePlateCompressor anExperimentInvestigation ProceedingsoftheEleventhInternationalPacificConferenceonAutomotiveEngineering Shanghai P R China Nov 6 9 2001 IPC2001F117窦春鹏 田长青 胡世辉 彦启森 变排量压缩机汽车空调用热力膨胀阀的试验研究 流体机械 2001 29 10 9 11田长青 杨新江 窦春鹏 胡世辉 彦启森 汽车空调用H型热力膨胀阀的试验研究与分析 汽车技术 2001 12 21 23ChangqingTian ChunpengDou XinjiangYang XiantingLi QisenYanAnExperimentalInvestigationintotheDynamicBehaviorofaVariableDisplacementCompressor SAECongressPaper2002 01 0228田长青 窦春鹏 杨新江 石文星 彦启森 制冷系统的稳定性 流体机械 2002 30 4 44 47田长青 杨新江 窦春鹏 彦启森 汽车空调制冷系统的稳定性 汽车技术 2002 5 11 14ChangqingTian ChunpengDou XinjiangYang XiantingLi QisenYan DynamicBehaviorofaVariableDisplacementCompressorforAutomotiveAirConditioning FifteenthInternationalCompressorEngineeringConferenceatPurdue 2002 C56 69 发表论文 5 ChunpengDou ChangqingTian XinjiangYang XiantingLi QisenYan HuntingPhenomenaOfAutomotiveAirConditioningSystemsWithVariableDisplacementCompressor NinthInternationalRefrigerationandAirConditioningConferenceatPurdue 2002 R98YangXinjiang DouChunpeng Tian