长安奔奔轿车空调制冷装置的开发研制.doc

长安奔奔轿车空调制冷装置的开发研制D的峨长安奔奔轿车空调制冷装置的开发研制葛渝清(重庆汽车空调器有限责任公司,重庆401120)摘要:介绍长安奔奔轿车空调制冷装置的原理,结构的设计开发及应用.关键词:长安奔奔;汽年空调:设计开发中图分类号:U463.851文献标识码:A文章编号:10038639(2011)05000904DevelopmentofAirConditioningSystemonCHANABENNIGEYuqjng(ChongqingAutomobileAirConditionCo.,Ltd.,Chongqing401120,China)Abstract:TheauthorintroducestheprincipleofairconditioningsystemonCHANABENNI,aswellasthedesign,developmentandapplicationofitsstructure.Keywords:CHANABENNI;vehicleairconditjoner;1概述长安奔奔轿车CV6是长安汽V-股份有限公司开发的第一款拥有自主知识产权的轿车.陔车一经投放市场,便以其新颖的造型,经济的油耗和便宜的价格获得了用户的认同.该车空调制冷装置采用非独立式蒸气压缩制冷方式.其控制模式为手动控制加离合器热力膨胀阀系统(CCTXV系统).下面简要介绍该车卒调制冷装置的设计计算.2总体布局及结构如图1所示,CV6空调系统采用轿车常用的总体布局形式.全套空凋系统主要由压缩机总成,冷凝器总成,蒸发器带进风箱总成,管件总成等四大部分构成,其主要总成件照片如图2所示.3总体设计参数车型:SC7133;乘员数:5人;制冷T质:HFC134a;压缩机额定转速:1800r/rain:驱动方式:主机驱动式.4空调热负荷计算4.1设计参数车内干球温度:27oC:车内相对湿度:50%:车外环境计算千球温度:35oC:车外环境相对湿度:65%;冷凝温度tk:63oC;过冷度:5;地区:重庆地;(a)冷凝器带附件总成图1CV6空调总体布局图(b)蒸发器带进风箱总成(C】压缩机总成图2CV6空调系统主要总成件照片修改稿收稿日期:20110214作者简介:葛渝清(1957一),男,重庆人,技术总监,长期从事汽车电器,汽车空调等的开发和研究作.人的伟大,在于自我的超越黪汽车电器2011年第5期_9l经度:107.;纬度:29o;车速:向正南方向行驶,40km/h.4.2汽车空调热负荷的组成Q:Q+Qh+Qx+Q+Q+QQ式中:Q厂车体围护结构传入热;Q玻璃窗传人热;Q广新风热;Q厂人体散热量;Q车外空气漏入热;Q发动机室传入热;Q一车内电子仪器,照明,电机等设备发热量.在上式中前3项热负荷占总负荷的90%以上.为简化计算,只计算前3项再乘以一定系数可得估算结果.由于CV6是一款经济型轿车.一般不考虑使用全新风状态,因此.只需计算前2项后再乘以1.3的负荷系数即可.4.3空调热负荷的计算4.3,1车体围护结构传人热()1Q(一to)nK(.)F式中:室外空气与日照表面对流放热系数,W/(ITI?K);日照表面的综合温度,;车室外设计温度,取为35;tI_车室内设计温度.取为27oC;一车身围护结构对室内的传热系数,由长安汽车公司提供,YV5W/(1TI?K);一车体外表面积.实测为1.25Inz.仅可由下式求得1.163(4+12X/)1.163(4+l2l1.1)一51.15w/(m2/K)f可由下式求得tm=8l/(a+K)+(00+)/(ot+K)一,/(+K)+04.3.3空调热负荷Q计算结果由于CV6定位为经济型轿车,取储备系数为1.05,所以CV6轿车的空调热负荷为:Qg=K储Qg=1.05x3331.5=3498.1W.取整数则有:Qg=3500W.5制冷循环计算5.1设计参数制冷工质:HFC134a:冷凝压力:Ps=1.57MPa;蒸发压力:=0.279MPa:膨胀阀前液体过冷度:TK=5oC;蒸发器出口气体过热度:A:5;冷凝器人口气体过热度:=25;冷凝器迎面风速:4.5m/s;压缩机额定转速:n=l800r/rain.5.2热力性能计算根据已知条件,画出循环ph图(也叫压焓图,p代表压力,其定义是单位面积上所受的垂直作用力:九代表焓值,其定义是单位质量工质具有的内能及推动功之和),如图3所示.根据图3得出各状态点参数.见表1.表1制冷循环各状态点参数表状态点参数状态点参数tl=3.74t4=57.121v=74.29143ma/kgxlO一h4=282.723kJ/kgh=401.77kJ/kgt=52.12t2=82.125271.4810/kghz=455.3kJ/kg61-265t3=57.12oCh6=271.48kJ/kg3h3=426.24kJ/kg一0.9xl040/(51.15+51+3551.67式中:占为吸收系数,取0.9;,:+为太阳5.2-1制冷剂质量流量9综合辐射强度,取l040w/m.则可求得:Q一1220.0W.4.3.2玻璃窗传人热QQb=A?K?(tb-ti)+C?A?式中:A玻璃窗面积.实测A=2.41in;K一玻璃窗的传热系数,取K=6.4w/(m?);厂玻璃温度,取室外温度为35;ti车室内设计温度,取为27oC;C玻璃窗遮阳系数,C=0.6;,一非单层玻璃校正系数,/x=l;g厂通过单层玻璃的太阳辐射强度.W/m.qb由下式求得q7Glfs式中:厂透过窗玻璃的太阳直射透射率,取7”c=0.84;透过窗玻璃的太阳散射透射率,彤s=0.08.,c取l000W/m.,s取40W/m.代人数值计算可得Qh1342.7WQ1.3(0+Qh)1_3(1220.0+1342.7)333】.5Wqm=Q/g=Q/(1一h6)=3500/130.29=26.86x10.kg/s5-2.2单位质量比压缩功W=2一hl=455.3-401.77=53.53kJ/kg5_2_3冷凝器单位热负荷口qk=2一h5=455.3271.48=l83.82kJ/kg5_2_4制冷系数C0PCOP=qo/W=130.29/53.53=2.435.2.5压缩机的理论排量hh=1.67?10Q?y】/(q0?凡?A)=1.67x104x3500x3600x0.001x0.074/(130.29x1800xO.7)=94.85cm3/r根据排量Vh=94.85cm3/r,可选建设的JSS一96的压缩机,其排量为96cm3/r.满足要求.5_2.6冷凝器热负荷(7kQk=qq=26.86x10xl83.82=4937.4J/s(W)考虑实车工况因素,取容量储备系数为1.6,则有:Qk:1.6Qk:1.6x4937.4=7899.8W,取整数Qk=8000W.汽车电器2o11年第5期专业制造汽车起动机,发电机,电磁开关,单向器等试验台.w,.Cnjzb.co,取t1=35oC;厂冷凝器出风干球温度,.v=vs,x3600=4.5x0.133x3600=2155Ill3/h式中:v迎面风速,设定v=4.5m/s;冷凝器迎风面积.At=Qx0.86/(cTva)=8000xO.86/(2155X1.1X0.241)=12.0t2a=tl+ta=35+12.0=47.0At:-tl=58-35=23At”=-tz=5847.0=11.0A.=(2-t1)/ln(At/At)=12.0/0.737=16.32)的计算.=pl/(AtK)式中:K冷凝器传热系数,kcal/mh;一对数平均温差,;一冷凝器散热总表面积,m2.根据日本公司试验数据,在=4.5m/s的条件下,平行流式冷凝器取K=110kcal/mh,则=8000x0.86/(16.3x110)=3.837m3)芯体散热表面积的计算冷凝器结构设计为平行流式,其尺寸如下:长376mm,宽370mnq,厚16mm;扁管规格为1.5xl6,扁管数量为56根;翅片厚度0-15mm,翅片波高5mm,翅片节距2.4mm:芯体迎风面积为0.133Ill;芯体散热表面积为S=Sb+S=O.016x0.376x2x56+0.006x0.016x80X3.6x2x57=0.674+3.152=3.83In所选芯体总散热表面积等于要求的总散热表面积,满足设计要求.7空调电气控制系统由于是经济型轿车,长安奔奔轿车的电气控制系统采用手动控制方式,主要电器部件有空调A/C开关,暖风风速调节开关,压力开关,水温开关,压缩机电磁离合器,发动机ECU,热敏电阻,调速电阻,继电器,暖风电动OdE,冷凝器风机等.主要有以下控制功能.1)发动机起动保护功能当发动机起动时,即使空调处于开机状态,ECu也会强制空调停止工作.以确保发动机顺利起动.当发动机工作正常后.ECU才会启动空调工作.2)空调怠速提升功能在发动机怠速状态时,如果开启空调.ECU会自动提升发动机转速,以确保发动机能带动空调负荷.不至于因负荷加重导致发动机熄火.3)发动机水温过高保护功能当发动机在负荷过重导致水温超过108时,ECU会强制空调停止工作,以确保发动机水温不会因空调负荷导致进一步升高.当水温低于105时,ECU又会重新启动空调工作.4)加速时空调切断功能当发动机在大负荷超车时,Ecu会强制空调停止工作,以确保超车时提速迅速.经约10s后,空调会自动恢复工作.5)压力保护功能当系统无制冷剂或制冷剂太少时,压力一旦低于0.2MPa,压力开关会反馈信号给ECU,ECU-强制禁止空调启动以保护压缩机;当压力高于0.23MPaH,空调才有可能工作.当空调系统工作压力高于3.2MPa时.压力开关也会反馈信号给ECU.ECU会强制空调停止工作以保护压缩机和空调系统;当压力低于2.6MPa时,空调会重新恢复工作.6)结霜保护功能当热负荷很低或发动机转速太高等原因,导致制冷能力超过热负荷较大时,系统有可能会结霜,.No时,热敏电阻一旦检测到蒸发器表面温度低于2.5时.ECU会强制空调停止工作,以避免结霜:当温度高于4-3时,空调会自动重新启动工作.7)压缩机过热保护功能当压缩机温度高于150时,过热保护开关动作,压缩机停止工作;当压缩机温度低于130时,压缩机恢复正常工作8结论CV6汽车空调制冷装置为主机驱动,离合器热力膨胀阀(CCTXV)系统,其主要参数如下:系统制冷量为3500W:蒸发器为层叠式,结构尺寸为75x235x200,名义制冷量为3500W;入口风量为350ITI3/h:膨胀阀为1.5冷吨H型膨胀阀:冷凝器为平行流式冷凝器,结构尺寸为16x376x370,名义换热量为8000W:压缩机JJSS一96旋叶式压缩机.根据上述设计参数生产的CV6空调系统.经实车环境模拟试验,:-45N50km/hlt,车内头部-T-均温度可以达到23o【=.能满足经济型轿车的舒适度要求.但由于该车采用CCTXV系统,在高速低热负荷T况下,压缩机切断较