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摘要變排量壓縮機汽車空調系統運行在變排量特性范圍內具有運行平衡、車室內熱舒適性好、節能等優點。本文通過改變壓縮機轉速、排氣壓力和空調負荷，對變排量壓縮機的汽車空調系統的特性進行了試驗研究，試驗表明該系統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，與空調負荷、壓縮機轉速及排氣壓力等有關。根據試驗結果，在優化設計中，額定負荷下，排氣壓力在14bar左右時，臨界壓縮機轉速應選在1800～2500r/min范圍內。改變冷凝器風量實現排氣壓力變化，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。

關鍵詞變排量壓縮機汽車空調

1試驗系統

變排量壓縮機汽車空調系統性能試驗系統見圖1。該試驗系統建立在室內側和室外側兩個環境小室中。壓縮機和冷凝器放置在室外側環境室內，蒸發器和熱力膨脹閥放置在室內側環境室內，這兩個環境室的空氣狀態可調節控制，空氣參數滿足實驗要求。

圖1試驗系統示意圖

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-蒸發器風扇；

11-排氣調節閥；12-質量流量計；13-過冷卻器

試驗系統可以控制壓縮機轉速、壓縮機排氣壓力和空調負荷。壓縮機由變頻電機拖動，調節電機供電輸入頻率改變壓縮機轉速。冷凝器風扇也由一變頻電機驅動，這樣壓縮機的排氣壓力可以通過調節流經冷凝器的風量來調節；空調負荷可以通過改變蒸發器進風干濕球溫度（由室內側環境室來保證）和流經蒸發器風量（由四檔風扇來控制）來調節。

制冷系統由變排量壓縮機、冷凝器、熱力膨脹閥及蒸發器組成，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。該壓縮機是根據吸氣平流式冷凝器，蒸發器芯體為管片式，熱力膨脹閥為H型閥。

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

2系統特性試驗結果與分析

在上述的試驗系統中，采用改變壓縮機轉速、排氣壓力和空調負荷等方法對變排量壓縮機汽車空調系統進行了試驗研究。

2．1恒定負荷，改變壓縮機轉速的特性

圖2給出在恒定負荷時壓縮機轉速從1050r/min逐步遞升至3900r/min，又遞降至1200r/min時，16組試驗數據反映了空調系統的特性。空調負荷恒定情況下，變排量壓縮機在可變活塞行程范圍內，隨壓縮機轉速增加，壓縮機行程減小，制冷劑流量在一個很小范圍內波動，可以認為是系統制冷劑循環流量穩定；因而吸氣壓力Ps和蒸發器出口壓力Peo都恒定不變，蒸發器出口空氣溫度Teao也保持不變。其次，排氣壓力Pd也比較穩定，而排氣溫度隨壓縮機轉速提高而升高。轉速由1050r/min上升到3900r/min，溫度由73.5℃上升到91.4℃，壓縮機轉速的變化，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系統，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，預計排氣溫度的升高更加緩慢或沒有升高。上述調節特性，充分體現了變排量壓縮機汽車空調系統的優點，壓縮機運行平穩連續，送風溫度波動小，提高了車室內的熱舒適性。

圖2恒定負荷改變壓縮機轉速

從實驗數據，可以看到在恒定空調負荷下變排量壓縮機的活塞行程變化與壓縮機轉速有很強的相關性，根據實驗數據可整理成如下的經驗公式：

這進一步說明變排量壓縮機在空調負荷恒定的情況下，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速的函數，就變排量壓縮機而言，在一定的空調負荷下，壓縮機轉速升高，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。變排量壓縮機空調系統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變小的結果。從試驗數據我們可以看出，變排量壓縮機的活塞行程變化無論是增加還是減小，在壓縮機轉速為2000～2500r/min范圍內所需要的ΔPws都是較小的。

2．2突變壓縮機轉速

圖3給出恒定負荷時，壓縮機轉速突變時，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產生了幾個向下的尖波，但數值未發生變化，系統進入臨界狀態，壓縮機的制冷劑循環量增加是壓縮機轉速增加的結果。B組，轉速由2200r/min上升至2300r/min，制冷劑流量Mr、Pd、Pw、Ps、ΔPws都未發生顯著變化，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，壓縮機轉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特性。

圖3突變壓縮機轉速

從圖3的幾組實驗，我們看到變排量壓縮機汽車空調系統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，但其特性仍是定排量壓縮機的特性，轉速升高，Pd壓力上升，Ps壓力下降，Mr制冷劑質量流量增加。B組進入變排量壓縮機調節范圍內，制冷劑流量Mr、Pd、Pw、Ps、ΔPws都未發生顯著變化，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系統的特性。進而我們認識到變排量壓縮機組成的汽車空調系統，在某個空調負荷下，排氣壓力在某個值時，就有一個壓縮機轉速相適應，這個壓縮機轉速就是臨界轉速。從該試驗中可以看出，Pd=14bar時，由定行程到變行程的臨界轉速在2200r/min左右，即在低于此壓縮機轉速下，該系統反映的是定排量壓縮機的空調系統特性，而高于此壓縮機轉速，該空調系統則進入了變排量壓縮機的空調系統特性，認識上述這些特性對于變排量壓縮機的空調系統設計與運行都是十分有意義的。

2．3恒定空調負荷，改變排氣壓力

圖4是恒定空調負荷時，排氣壓力突變的系統特性，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，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未發生顯著變化，ΔPws逐步增加。當ΔPws=0.91bar時，壓縮機活塞行程發生變化，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定值，而Pw開始下降，逐步回到前一個穩定值，Ps逐步上升到穩定值。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變空調負荷（突然改變蒸發器風扇的風檔）

圖5表示了壓縮機轉速在2000r/min時，蒸發器風扇從高檔調到低檔的特性變化。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、制冷劑循環量，Pd、Ps、P逐步穩定在適應車室環境的新穩態值上。

蒸發風擋變化，空調負荷突降中，同樣表現出變排量壓縮機空調系統的雙重特性，在臨界狀態以下（空調負荷以上或壓縮機轉速以下）時，表現出定排量的特性，而在以后則表現為變排量特性。

圖5漸增負荷的變化

3結論

3．1變排量壓縮機空調系統具有定排量和排量的雙重特性，存在著一個臨界狀態作為兩種特性的分界，該該臨界狀態時與車室內的空調負荷，壓縮機轉速及排氣壓力相關的。空調系統運行在變排量特性范圍內具有運行平衡、舒適性好，節能等優點。

3．2根據實驗數據分析，筆者建議在優化設計時，將額定空調負荷下，壓縮機排氣壓力為14bar左右時，壓縮機臨界轉速定為1800～2500r/min為宜，在此狀態下，變排量壓縮機改變活塞行程為最佳狀態。

3．3利用改變通過冷凝器風量實現排氣壓力變化時，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．