空调切断后 ,蒸发器不再吸收热量 ,出风温度上 升 ,从车内舒适性角度出发 ,希望压缩机接通时出风 口空气的平均温度不高于 10℃,并且压缩机接通后 的工作时间能够长一些 ,减少车内温度的波动 。确 定 3 个接通温度为 215℃、413℃、518℃,并进行实 车环境模拟试验 , 结果表明 : 当接通温度为 413℃ 时 ,出风口平均温度为 916℃,满足舒适性要求 ,所 以确定空调装置的接通温度为 413℃。
0℃以下 ,但蒸发器长时间处于过低的蒸发温度下运
行时 , 系统的稳定性及安全性难以保证 ,所以蒸发
器的结霜必须控制在一定的范围内 ,即空调装置的
切断温度可以降低到 0℃以下 ,但不能太低 ,具体的
数值必须通过实验 ,参考制冷量与风量的变化加以
确定 。
2 试验研究
211 温度传感器位置 温度传感器的位置应在蒸发器出风面温度最低
[摘要 ] 以某款微型汽车为对象 ,对空调蒸发器表面结霜对制冷量的影响进行了分析 ,对温度传感器位置和 控制参数 (切断 /接通温度 )进行了优化 。汽车环境模拟试验结果表明 ,优化后空调各出风口平均温度降低了 117 ～217℃,压缩机的切断次数降低了 79% ,提高了车内环境的舒适性和空调系统的可靠性 。
L i Ku in ing1 , L iao Q iang1 , L üN ina2 & L i Q ingm in2
11S chool of Pow er Eng ineering, Chongqing U n iversity, Chongqing 400030; 21Chongqing Changπan A utom obile Co. , L td. , Chongqing 400023
图 2 不同工况下热像图片分析
置应在第 8、9 隔板之间 ,
距下端 面 105mm , 如图 3
所示 。
图 4是原位置和优化
位置的温度比较 ,从图中
可以看出 ,优化位置的温
度在结霜之前一直比原位
置低 012 ～017℃,特别是 在开始结霜阶段 ,一直有 大约 015℃的温差 ,直到结
图 3 优化前后温度传 感器位置比较
关键词 :汽车空调 ;温度传感器 ;切断 /接通温度 ;优化
A Research on the Op tim ization of the Location and Control Parameters of Temperature Sensors in Automotive A /C System
空调装置的舒适性和稳定性有较大的提高 。
1 理论分析
目前汽车空调装置的蒸发器多采用层叠式 ,内 部用隔板分为多个流程 ,不同流程间制冷剂的温度 不同 ,同一流程内部 ,由于不同流道间制冷剂流动的 不均匀性 ,温度也不相同 。当某一位置的温度低于 0℃时 ,蒸发器表面开始结霜 。蒸发器表面结霜一方 面降低了蒸发器的平均换热系数 ;另一方面降低了 蒸发温度 ,使系统功耗增大 。如果霜层过厚 ,换热量 将急剧减少 ,风机状态点发生变化 ,空调系统甚至将 难以正常运行 [ 2 - 3 ] ;所以在设计汽车空调时 ,要求蒸 发器不能结霜 ,因此空调装置的切断温度通常定的 较高 。但实验研究表明 [ 5 ] ,蒸发器空气侧平均换热 系数 K0在结霜初期有所增加 ,之后才逐渐降低 ,如 图 1所示 [ 4 ] ,这是因为最初形成的粗糙的霜增加了
图 7 优化前后高压侧压力对比
从表 1中可以看出 ,优化后各出风口的温度有 较大的降低 ,中左出风口平均温度降低最多达 217℃,右出风口平均温度降低最少达 117℃,在风 量基本相同的情况下 ,相当于提供给乘员舱的冷量 大约增加了 10% ,提高了车内环境的舒适性 。
表 1 优化前后各出风口平均温度比较 ℃
Keywords: Autom otive A /C system; Tem pera ture sen sor; On / off tem pera ture; O ptim iza tion
前言
随着人们对车内环境舒适性要求的提高 ,汽车 空调的装配率也越来越高 。在采用定排量压缩机的 汽车空调装置中 ,通常利用设置在蒸发器出风口的 温度传感器信号控制空调装置的启停 ,当出风温度 降低到预先设定的切断温度时 ,压缩机停止运行 ,当 出风温度升高到预先设定的接通温度时 ,压缩机运 行 [ 1 ] 。因此 ,温度传感器的位置及控制参数 (切断 / 接通温度 )的设定对于车内环境的热舒适性和空调 装置工作的稳定性有重要影响 。文中以重庆长安汽 车公司生产的某款微型汽车为研究对象 ,在不改变 原车现有空调装置硬件的前提下 ,对蒸发器表面结 霜对制冷量的影响进行了研究 ,在此基础上 ,通过实 验对温度传感器位置和空调控制参数 (切断 /接通 温度 )进行了优化 ,实车环境模拟试验表明 ,优化后
速的增加加快了霜层的 脱落 ,空气侧对流换热系 数的增大使得空气侧平
图 1 换热系数与结 霜过程的关系
均换热系数 K0也得到了相应增加 。在结霜临界点 时 ,允许蒸发器表面结一层薄霜 ,不仅不会降低蒸发
器的性能 ,反而提高了空气侧平均换热系数 K0 ,增 加了制冷量 ,因此空调装置的切断温度可以降低到
项目
左出风口 中左出风口 中右出风口 右出风口
原状态
1215
813
优化后
1014
516
降低
211
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
217
814
1117
611
1010
213
117
4 结论
(1) 采用红外热像仪可以得到空调蒸发器出风 面全部温度信息 ,从而准确找到温度传感器的安装 位置 。
(2) 实验表明 - 2℃是制冷量和风量发生突变 的转折点 ,因此空调装置切断温度设定为 - 2℃。
3 环境模拟实验
对一辆微型汽车的空调装置按照优化结果重新 进行了温度传感器位置及控制参数的设置 ,在环境 模拟实验室中进行了对比实验 。图 7是优化前后制 冷系统高压侧压力随时间变化的关系 ,从图中可以 看出 ,优化后压缩机开始切断的时间点比原状态有 较长的滞后 ,稳定工作的时间更长 ,切断的次数更 少 。由于压缩机稳定工作的时间延长 ,电磁离合器 接通 /切断的频率降低 ,延长了电磁离合器的使用寿 命 。通过对实验数据的统计 ,得到优化后压缩机的
2007年 (第 29卷 )第 11期
汽 车 工 程 Automotive Engineering
2007 (Vol. 29) No. 11
2007232
汽车空调温度传感器位置及控制参数优化研究
李夔宁 1 ,廖 强 1 ,吕妮娜 2 ,李庆岷 2
(11重庆大学动力工程学院 ,重庆 400030; 21重庆长安汽车股份有限公司 ,重庆 400023)
原稿收到日期为 2006年 11月 7日 ,修改稿收到日期为 2007年 1月 10日 。
2007 (Vol. 29) No. 11
李夔宁 ,等 :汽车空调温度传感器位置及控制参数优化研究
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蒸发器的换热面积 ,同时
减小了蒸发器迎风截面
积 ,使得空气流速增大 ,
而且由于霜层高度的增
加强于霜密度的增加 ,风
试验在空调器性能试验台上进行 ,该试验台蒸 发器测试风道为吹风方式 ,可以直接采用红外热像 仪测量出风口温度场分布 。试验方式为系统试验 , 蒸发器室干球温度为 27℃,湿球温度为 1915℃,冷 凝器室干球温度为 35℃。几种典型试验工况下得 到的红外图片如图 2所示 。
从图中可以看出 ,在图中圆圈所示的位置 ,不同 工况下的温度基本都是最低的 ,所以温度传感器位
霜比较严重时 ,两点的温度才趋于一致 。表明在优
化位置安装温度传感器感受的温度更低 ,更准确 。
图 4 优化前后温度传感器位置温度比较
212 空调装置控制参数确定 采用一套高精度的温度测量系统测量温度传感
器探头处的出风温度 ,确定空调装置切断温度 ,测温 精度为 ±012℃,试验结果如图 5、图 6所示 。
处 ,这样才能准确判断蒸发器是否结霜或结霜的程 度 ,若温度传感器的安装位置不正确 ,会引起蒸发器 严重结霜导致制冷量不足 ,影响车内环境的舒适性 。 目前常规确定温度传感器位置的方法是采用铂电阻 或热电偶测量蒸发器总成的出风口温度分布 ,寻找 到温度最低点 。该方法有较大的局限性 :位置的准 确度取决于温度传感器的个数 ,个数越多 ,位置的误 差越小 ;温度传感器布置的个数越多 ,对蒸发器出风 口的流场干扰越大 ,测量结果与实际情况的偏差也 越大 。温度传感器的准确位置必须具备 2 个条件 : 不影响蒸发器出风口的流场 ;得到出风口温度分布 的全部信息 。要满足以上条件 ,必须采用非接触式 的测温方法 ,研究中选用美国 FL IR 公司生产的非 制冷焦平面红外热像仪 P20进行温度测量 。
[ 3 ] 仲华 ,唐双波 ,陈芝久. 轿车空调蒸发器除霜实验研究 [ J ]. 流 体机械 , 2001, 29 ( 1) .
[ 4 ] 符建坤 ,欧阳海生 ,刘凤珍. 高湿地区风冷热泵蒸发器除霜控 制研究 [ J ]. 流体机械 , 2003, 31 (10).
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汽 车 工 程
2007年 (第 29卷 )第 11期
切断次数降低了 7917%。
从图中可以看出 ,当温度传感器温度为 - 1℃ 时 ,蒸发器入口风量基本保持不变 ,表明此时蒸发器 表面结霜量很小 (只在表面结了极薄的一层霜 ) ,对 通风阻力基本没有影响 ,所以入口风量和制冷量保 持不变 ;当温度为 - 1℃～ - 2℃时 ,蒸发器入口风量 变化很小 ,表明在这个阶段霜层依然很薄 ,对制冷量 影响较小 ;当温度低于 - 2℃时 ,温度曲线发生陡变 , 蒸发器入口风量迅速降低 ,由 140m3 / h降到 105m3 / h,制冷量由 1168kW 降低到 1135kW ,表明在该阶段 结霜速率增大 ,霜层厚度快速增加 ,通风阻力增大 , 制冷量衰减严重 ,需要立即切断空调化霜 。由以上 分析可知 , - 2℃是制冷量和风量发生突变的转折 点 ,所以切断温度取为 - 2℃。