齊湘斌

摘 要：汽車空調(diào)系統(tǒng)作為改善駕駛員工作條件、提高工作效率、提高汽車安全性及為乘員營造健康舒適的乘車環(huán)境的重要手段，對燃油汽車和電動汽車而言，都是必不可少的?，F(xiàn)階段純電動汽車對熱泵型汽車空調(diào)系統(tǒng)需要既高效節(jié)能又滿足其變負(fù)荷運(yùn)行特性。

關(guān)鍵詞：熱泵空調(diào)系統(tǒng);換熱器;控制系統(tǒng)

1 測試系統(tǒng)

為了探究熱泵型汽車空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)中各個關(guān)鍵測點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，需要在壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、電子膨脹閥的進(jìn)出口布置溫度測點(diǎn)和壓力測點(diǎn)。溫度測試采用J型熱電偶，其型號為TT-J-30-SL，量程為-200℃～260℃，精度為±0.1℃，采用安捷倫34972A數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集。其中布置在壓縮機(jī)進(jìn)出口，換熱器進(jìn)出口的熱電偶與銅管表面緊密接觸，并用錫箔紙貼緊固定后外表面包裹絕熱材料以減少環(huán)境溫度對測量的影響，保證其測量精度。壓力測試采用壓力傳感器，型號為昆SK-2031系列，量程0～4 Mpa，精度為0.5級別，數(shù)據(jù)顯示采用數(shù)字信號巡檢儀。制冷劑流量測試采用數(shù)顯式渦輪流量計，型號為KROHNE渦輪流量計（VFM1091G），量程為0～900 kg/h，精度為0.5級。

由于本試驗既有制冷工況又有熱泵工況，因此《蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)風(fēng)口的空氣狀態(tài)比汽車空調(diào)制冷裝置試驗方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求更為寬泛。鑒于現(xiàn)階段并沒有關(guān)于熱泵型汽車空調(diào)性能測試的國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《房間空氣調(diào)節(jié)器中的測試工況》制定了熱泵型汽車空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測試工況，如表所示。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 電子膨脹閥對系統(tǒng)性能影響

電子膨脹閥對系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，壓縮機(jī)排氣溫度以及系統(tǒng)性能都起著決定性的作用。在壓縮機(jī)定速的情況下，壓縮比和排氣溫度隨蒸發(fā)壓力變化而變化。

在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過加大電子膨脹閥的開度，蒸發(fā)壓力由0.316 MPa增加到0.386 MPa，同時排氣壓力基本不變，因此壓縮機(jī)壓比隨蒸發(fā)壓力的增大而下降。隨著蒸發(fā)壓力的增大，壓比越小，排氣溫度越低。當(dāng)蒸發(fā)器過熱度大時，過熱度變化較大，適合過熱度控制模式。當(dāng)蒸發(fā)器出口處制冷劑進(jìn)入兩相區(qū)，過熱度恒為零，過熱度控制模式無法給出合適的信號調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度，這種情況下可以采用壓縮機(jī)的排氣溫度這一輔助信號來調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度。當(dāng)排氣溫度急劇減小時，減小電子膨脹閥的開度，減少供液量，防止出現(xiàn)液擊。

2.2 穩(wěn)態(tài)工況測試結(jié)果

為了研究在室內(nèi)溫度穩(wěn)定、室外溫度變化工況下汽車空調(diào)系統(tǒng)性能特性和膨脹閥與變速壓縮機(jī)協(xié)同控制策略，試驗采用壓縮機(jī)變轉(zhuǎn)速和定轉(zhuǎn)速兩種運(yùn)行方式進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況性能測試。根據(jù)工況變化范圍確定一個適宜的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，通過調(diào)整電子膨脹閥開度使空調(diào)系統(tǒng)獲得最佳COP。在制冷工況：其中系統(tǒng)采用定速模式時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速大致固定在680 rpm 左右，采用變轉(zhuǎn)速模式時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由 620 rpm 到 710 rpm 范圍內(nèi)變化。在制熱工況：其中系統(tǒng)采用定速模式時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速大致固定在 1 100 rpm左右，采用變速模式時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由 750 rpm 到 1500 rpm 范圍內(nèi)變化。

（1）穩(wěn)態(tài)制冷工況下系統(tǒng)性能分析。在系統(tǒng)獲得最佳 COP 的情況下，隨著室外干球溫度不斷上升，不同模式下膨脹閥開度的變化情況，當(dāng)室外干球溫度上升時，冷凝器的冷凝壓力也隨之上升，而室內(nèi)溫度分布場以及系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力和吸氣壓力均可以保持相對穩(wěn)定。在變速模式下，當(dāng)室外干球溫度由 35℃上升到 43℃，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由 623 ?rpm 增大到 711 rpm，電子膨脹閥開度則由 47.6%減小到 37.3%。在定轉(zhuǎn)速模式下，當(dāng)室外干球溫度由 35℃上升到 43℃，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速保持 680 rpm 不變，電子膨脹閥開度則由 46.8%減小到 40%以保持穩(wěn)定的蒸發(fā)溫度。

（2）制熱工況下系統(tǒng)性能。制熱工況下，不同模式下制熱量及 COP 關(guān)系隨室外干球溫度關(guān)系，在變速模式下，當(dāng)室外干球溫度由 15℃下降到 5℃，制熱量及 COP 同時由于蒸發(fā)溫度的下降而直線下降。在定速模式下，隨著室外干球溫度的下降，制熱量下降趨勢更快，但 COP 下降趨勢比變速模式較為緩慢，當(dāng)室外干球溫度由 15℃下降到 5℃，采用變速模式，在室外干球溫度較高時，可以通過降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速減少壓縮機(jī)的耗功，最終獲得較高的 COP;在室外干球溫度較低時，通過提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速保證足夠制冷劑流量，最終獲得較高的制熱量。采用定轉(zhuǎn)速模式時，當(dāng)室外干球溫度由15℃下降到 5℃，制熱量下降較快，與熱負(fù)荷的需求趨勢完全相反。因此，在制熱工況下，特別是室外溫度較低時，應(yīng)采用變轉(zhuǎn)速模式運(yùn)行，但考慮到室外溫度變化一般不會太大，檢測和調(diào)節(jié)的頻率不應(yīng)太大，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

汽車空調(diào)電子膨脹閥對系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，壓縮機(jī)排氣溫度以及系統(tǒng)性能都起著決定性的作用。在制冷工況下，隨著室外冷凝溫度的升高，采用變速模式能使微通道式熱泵系統(tǒng)保持較高的 COP（2.88-2.61-2.54-2.28），而采用定速模式時，系統(tǒng)的制冷量（4 036 W-4 000 W-3 953 W-3 879 W）和系統(tǒng)的 COP（2.71-2.61-2.53-2.42）都保持著比較平穩(wěn)的下降趨勢;在制熱工況下，隨著室外蒸發(fā)溫度的下降，變速模式在高溫區(qū)能保持較高的 COP（2.94），同時在低溫區(qū)能亦能保持較高的制熱量（4 524 W）。

參考文獻(xiàn)：

[1]張益壯，李風(fēng)雷，李玉欣，新能源汽車空調(diào)電動壓縮機(jī)控制技術(shù)研究[J].上海電氣技術(shù)，2019，6（02）：14.