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摘要變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)運行在變排量特性范圍內(nèi)具有運行平衡、車室內(nèi)熱舒適性好、節(jié)能等優(yōu)點。本文通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速、排氣壓力和空調(diào)負荷，對變排量壓縮機的汽車空調(diào)系統(tǒng)的特性進行了試驗研究，試驗表明該系統(tǒng)具有定排量和變排量的雙重特性，且作為該雙重特性分界的臨界狀態(tài)，與空調(diào)負荷、壓縮機轉(zhuǎn)速及排氣壓力等有關(guān)。根據(jù)試驗結(jié)果，在優(yōu)化設(shè)計中，額定負荷下，排氣壓力在14bar左右時，臨界壓縮機轉(zhuǎn)速應(yīng)選在1800～2500r/min范圍內(nèi)。改變冷凝器風量實現(xiàn)排氣壓力變化，當變化到壓縮機活塞行程的改變時，存在著相當大的時間滯后，這主要是冷凝器有較大的熱慣性而致。

關(guān)鍵詞變排量壓縮機汽車空調(diào)

1試驗系統(tǒng)

變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)性能試驗系統(tǒng)見圖1。該試驗系統(tǒng)建立在室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)兩個環(huán)境小室中。壓縮機和冷凝器放置在室外側(cè)環(huán)境室內(nèi)，蒸發(fā)器和熱力膨脹閥放置在室內(nèi)側(cè)環(huán)境室內(nèi)，這兩個環(huán)境室的空氣狀態(tài)可調(diào)節(jié)控制，空氣參數(shù)滿足實驗要求。

圖1試驗系統(tǒng)示意圖

1-壓縮機；2-變頻電機；3-行程測量裝置；4-孔板流量計；5-冷凝器；

6-冷凝風扇；7-儲液器；8-熱力膨脹閥；9-蒸發(fā)器風扇；

11-排氣調(diào)節(jié)閥；12-質(zhì)量流量計；13-過冷卻器

試驗系統(tǒng)可以控制壓縮機轉(zhuǎn)速、壓縮機排氣壓力和空調(diào)負荷。壓縮機由變頻電機拖動，調(diào)節(jié)電機供電輸入頻率改變壓縮機轉(zhuǎn)速。冷凝器風扇也由一變頻電機驅(qū)動，這樣壓縮機的排氣壓力可以通過調(diào)節(jié)流經(jīng)冷凝器的風量來調(diào)節(jié)；空調(diào)負荷可以通過改變蒸發(fā)器進風干濕球溫度（由室內(nèi)側(cè)環(huán)境室來保證）和流經(jīng)蒸發(fā)器風量（由四檔風扇來控制）來調(diào)節(jié)。

制冷系統(tǒng)由變排量壓縮機、冷凝器、熱力膨脹閥及蒸發(fā)器組成，該變排量壓縮機為五缸搖板式無級變排量壓縮機，其排量可在10～156cc/r/min之間變化。該壓縮機是根據(jù)吸氣平流式冷凝器，蒸發(fā)器芯體為管片式，熱力膨脹閥為H型閥。

該試驗系統(tǒng)測量參數(shù)：壓縮機轉(zhuǎn)速Nc、活賽行程sp、制冷劑質(zhì)量流量Mr、制冷劑壓力和溫度及蒸發(fā)器、冷凝器進出口空氣干濕球溫度和風量。全部傳感器產(chǎn)生的電信號傳送給數(shù)字巡檢儀HP34970A，通過計算機進行數(shù)據(jù)采集和處理，采樣周圍為1～5s（根據(jù)需要和可能確定采樣周期）。

2系統(tǒng)特性試驗結(jié)果與分析

在上述的試驗系統(tǒng)中，采用改變壓縮機轉(zhuǎn)速、排氣壓力和空調(diào)負荷等方法對變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)進行了試驗研究。

2．1恒定負荷，改變壓縮機轉(zhuǎn)速的特性

圖2給出在恒定負荷時壓縮機轉(zhuǎn)速從1050r/min逐步遞升至3900r/min，又遞降至1200r/min時，16組試驗數(shù)據(jù)反映了空調(diào)系統(tǒng)的特性。空調(diào)負荷恒定情況下，變排量壓縮機在可變活塞行程范圍內(nèi)，隨壓縮機轉(zhuǎn)速增加，壓縮機行程減小，制冷劑流量在一個很小范圍內(nèi)波動，可以認為是系統(tǒng)制冷劑循環(huán)流量穩(wěn)定；因而吸氣壓力Ps和蒸發(fā)器出口壓力Peo都恒定不變，蒸發(fā)器出口空氣溫度Teao也保持不變。其次，排氣壓力Pd也比較穩(wěn)定，而排氣溫度隨壓縮機轉(zhuǎn)速提高而升高。轉(zhuǎn)速由1050r/min上升到3900r/min，溫度由73.5℃上升到91.4℃，壓縮機轉(zhuǎn)速的變化，排氣溫度變化并不激烈。如果試驗完全模擬非獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)，則會是車速增高，冷凝器迎面風速增大，而冷凝器換熱性能增強，排氣壓力降低，預(yù)計排氣溫度的升高更加緩慢或沒有升高。上述調(diào)節(jié)特性，充分體現(xiàn)了變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點，壓縮機運行平穩(wěn)連續(xù)，送風溫度波動小，提高了車室內(nèi)的熱舒適性。

圖2恒定負荷改變壓縮機轉(zhuǎn)速

從實驗數(shù)據(jù)，可以看到在恒定空調(diào)負荷下變排量壓縮機的活塞行程變化與壓縮機轉(zhuǎn)速有很強的相關(guān)性，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可整理成如下的經(jīng)驗公式：

這進一步說明變排量壓縮機在空調(diào)負荷恒定的情況下，排氣壓力維持在某一壓力值時，壓縮機的活塞行程只是壓縮機轉(zhuǎn)速的函數(shù)，就變排量壓縮機而言，在一定的空調(diào)負荷下，壓縮機轉(zhuǎn)速升高，壓縮機行程減小，ΔPws（搖板箱壓力Pw與吸氣壓力Ps之差）逐漸增加，說明壓縮機活塞行程變小的作用力要小。變排量壓縮機空調(diào)系統(tǒng)中吸氣壓力相對恒定的特點顯示了壓縮機行程越向小變，搖板箱壓力Pw升高得越高，ΔPws越大。而壓縮機行程向增大方向移動時是吸氣壓力升高，ΔPws變小的結(jié)果。從試驗數(shù)據(jù)我們可以看出，變排量壓縮機的活塞行程變化無論是增加還是減小，在壓縮機轉(zhuǎn)速為2000～2500r/min范圍內(nèi)所需要的ΔPws都是較小的。

2．2突變壓縮機轉(zhuǎn)速

圖3給出恒定負荷時，壓縮機轉(zhuǎn)速突變時，從2000r/min升至2200r/min與2200r/min升至2550r/min得兩組變化的特性。A組，壓縮機轉(zhuǎn)速從12000r/min升至2200r/min，Pd由13.8bar升到14.0bar，Pw由2.05bar升至2.45bar，而Ps由1.72bar下降到1.55bar，而，ΔPws由0.33bar升至0.9bar制冷劑流量由129kg/h升至134kg/h，而壓縮機的活塞行程sp產(chǎn)生了幾個向下的尖波，但數(shù)值未發(fā)生變化，系統(tǒng)進入臨界狀態(tài)，壓縮機的制冷劑循環(huán)量增加是壓縮機轉(zhuǎn)速增加的結(jié)果。B組，轉(zhuǎn)速由2200r/min上升至2300r/min，制冷劑流量Mr、Pd、Pw、Ps、ΔPws都未發(fā)生顯著變化，壓縮機活塞選種由30.6mm下降到30.2mm，壓縮機活塞行程在變排量范圍內(nèi)，壓縮機轉(zhuǎn)速升高引起壓縮機活塞行程變化時，總是Pw有一個向上的尖波，Ps有一個向下的尖波，制冷劑流量和活塞行程的改變是先上升后下降的過程。另外兩組試驗顯示出相同的系統(tǒng)特性。

圖3突變壓縮機轉(zhuǎn)速

從圖3的幾組實驗，我們看到變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)具有定排量壓縮機與變排量壓縮機的雙重特性。A組雖然處于臨界狀態(tài)，但其特性仍是定排量壓縮機的特性，轉(zhuǎn)速升高，Pd壓力上升，Ps壓力下降，Mr制冷劑質(zhì)量流量增加。B組進入變排量壓縮機調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，制冷劑流量Mr、Pd、Pw、Ps、ΔPws都未發(fā)生顯著變化，只是壓縮機活塞行程逐漸減小，反映了變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)的特性。進而我們認識到變排量壓縮機組成的汽車空調(diào)系統(tǒng)，在某個空調(diào)負荷下，排氣壓力在某個值時，就有一個壓縮機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，這個壓縮機轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。從該試驗中可以看出，Pd=14bar時，由定行程到變行程的臨界轉(zhuǎn)速在2200r/min左右，即在低于此壓縮機轉(zhuǎn)速下，該系統(tǒng)反映的是定排量壓縮機的空調(diào)系統(tǒng)特性，而高于此壓縮機轉(zhuǎn)速，該空調(diào)系統(tǒng)則進入了變排量壓縮機的空調(diào)系統(tǒng)特性，認識上述這些特性對于變排量壓縮機的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與運行都是十分有意義的。

2．3恒定空調(diào)負荷，改變排氣壓力

圖4是恒定空調(diào)負荷時，排氣壓力突變的系統(tǒng)特性，排氣壓力突變采用突然改變通過冷凝器的風量的方法來實現(xiàn)，這與實際行車狀況是非常相似的。

圖4冷凝風量增加時的變化

從圖中看到隨著冷凝器風量的增加，Pd壓力逐漸降低，Pw逐步升高，Ps未發(fā)生顯著變化，ΔPws逐步增加。當ΔPws=0.91bar時，壓縮機活塞行程發(fā)生變化，存在20s的時間滯后。此滯后就是Pw逐漸上升的過程；壓縮機活塞行程減小時，Pd壓力漸變到一個新的穩(wěn)定值，而Pw開始下降，逐步回到前一個穩(wěn)定值，Ps逐步上升到穩(wěn)定值。制冷劑流量Mr在冷凝器風量增加時，由于冷凝效果好，排氣壓力降低，制冷劑流量增加，而活塞行程減小，又降低，有一個先升后降的過程。冷凝風量突然變化，Pd卻不突變是由于冷凝器有較大的熱慣性，Pd的不能突變造成了時間滯后。

2．4變空調(diào)負荷（突然改變蒸發(fā)器風扇的風檔）

圖5表示了壓縮機轉(zhuǎn)速在2000r/min時，蒸發(fā)器風扇從高檔調(diào)到低檔的特性變化。開始，Pd、Ps漸降，Pw漸升，Mr下降；當活塞行程變化時，Pd下降的梯度加大，Ps略上升，Pw停止上升，活塞行程、制冷劑循環(huán)量，Pd、Ps、P逐步穩(wěn)定在適應(yīng)車室環(huán)境的新穩(wěn)態(tài)值上。

蒸發(fā)風擋變化，空調(diào)負荷突降中，同樣表現(xiàn)出變排量壓縮機空調(diào)系統(tǒng)的雙重特性，在臨界狀態(tài)以下（空調(diào)負荷以上或壓縮機轉(zhuǎn)速以下）時，表現(xiàn)出定排量的特性，而在以后則表現(xiàn)為變排量特性。

圖5漸增負荷的變化

3結(jié)論

3．1變排量壓縮機空調(diào)系統(tǒng)具有定排量和排量的雙重特性，存在著一個臨界狀態(tài)作為兩種特性的分界，該該臨界狀態(tài)時與車室內(nèi)的空調(diào)負荷，壓縮機轉(zhuǎn)速及排氣壓力相關(guān)的。空調(diào)系統(tǒng)運行在變排量特性范圍內(nèi)具有運行平衡、舒適性好，節(jié)能等優(yōu)點。

3．2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，筆者建議在優(yōu)化設(shè)計時，將額定空調(diào)負荷下，壓縮機排氣壓力為14bar左右時，壓縮機臨界轉(zhuǎn)速定為1800～2500r/min為宜，在此狀態(tài)下，變排量壓縮機改變活塞行程為最佳狀態(tài)。

3．3利用改變通過冷凝器風量實現(xiàn)排氣壓力變化時，排氣壓力的變化到壓縮機活塞行程的改變之間存在較長的時間滯后。由于冷凝器本身的熱慣性，造成排氣壓力Pd不能突變，則搖板箱壓力Pw需要逐漸升高，因而活塞行程變化存在著較長的滯

后．