风机风量、主阀和补阀过热度对汽车空调系统到底有什么影响？

通过对 R1234yf 纯电动汽车制冷系统进行实验测试，并且通过对比分析系统制冷量、 COP 、压缩机排气温度、开度和压比、压缩机功率等，研究了车内风机风量、主阀和补阀过热度、压缩机转速、补气方式、车外环境温度对系统的影响。

试验在 GB/T 37123-2018《汽车用电驱动空调器》、GB/T 12782-2007《汽车采暖性能要求和实验方法》、GB/T 7725-2004《房间空气调节器》等国家标准要求下进行。

试验研究方案：

一、车内风机送风量对汽车空调系统的影响

根据实验研究方案，在标椎状况下，车内干湿球温度依次调至 27 ℃、 19 ℃，车外干球温度为 35 ℃，压缩机转速为 3600r/min ，主路膨胀阀过热度设置为 5K ，补路膨胀阀过热度都设置为 10K ，车外风机风量调至 90% ，将车内风机送风量依次调至成 60% 、 70% 、 80% 、 90% 、 100% 进行实验。

如图 4.1 所示，三种补气方式下的制冷量整体上都呈现出随车内送风量的提高而增大，从 60% 到 70% ，再到 80% 、 90% 和 100% 。三种补气方式对系统的制冷量产生的效果：中压补气最好、低压补气次之、不补气最差。

这是因为：

车内送风量的增加使得蒸发器的换热效率也得到了提高，从而使得系统制冷量提高。

如上图 4.2 中所示，在三种补气方式下的排气温度呈现出的变化状态都是随车内送风量的增大而升高，但是中压补气和低压补气的上升幅度较小几乎不变，并且在低压补气下压缩机的排气温度更低。我们可以看出相比较下不补气方式的排气温度整体上有较大的上升。

这是因为：

在不断的增大车内风机的风量，从而就引起了蒸发器与车内环境的换热得到提升，接着会致使制冷剂的过热度也随之变大，这就会导致最后的结果排气温度上升。

如图 4.3 所示，三种补气方式下的压缩机功率整体上虽然都具有上升趋势，但是整体的上升幅度较小，除此之外三种补气方式相比较下中压补气下的压缩机功率最大。

我们可以看出三种补气方式下中压补气的压缩机功率有着较大的上升幅度，其它两种补气方式整体的变化不大。

这是因为：

中压补气时，由于提高车内的送风量会直接提升蒸发器与车内环境的换热效果，这就会致使蒸发器的出口温度不断地上升，进而引起压缩机功率的上升。

如图 4.4 所示，三种补气方式下的 COP 都随车内送风量的增加而增大，其中同一测试点系统的 COP 数值为低压补气下最高，中压补气最差、而不补气为中间状态。

这是因为：

COP 的变化是由制冷量以及压缩机功率一起作用而决定的，由于压缩机的功率整体的变化趋势几乎不变，而制冷量的变化状态则是跟随着车内风机的送风量不断增加而慢慢地上升，这就使得系统的 COP 也随之上升。

总体来说，车内送风量在 60%~100% 的范围内，三种补气方式系统的制冷量和 COP 均在风量 100% 时达到最大值，并且低压补气的整体制冷效果要略优于中压补气，所以车内送风量可以选择最大值 100% 。

二、主阀过热度对汽车空调系统的影响

根据实验研究方案，在标椎状况下，车内干湿球温度分别为 27 ℃、 19 ℃，车外干球温度为 35 ℃，车外风机开至 90% ，压缩机转速为 3600r/min ，车内送风量开至 100% ，补阀关闭，主路膨胀阀过热度分别设置为 3K 、 5K 、 7K 、 9K 进行实验。

如上图 4.5 至图 4.8 所示，在主阀过热度在 3K~9K 的范围内上升的变化过程中，此时的压缩机排气温度则是表现为上升，而膨胀阀的开度则是呈现出了相反的变化趋势（即膨胀阀开度下降），并且系统的制冷量在 5K 时出现了最大的峰值后开始下降。

产生这种趋势的原因是：

一方面当主阀的过热度较小时，这会使得制冷剂在换热器中质量流量过多而不能够完全换热；

另一方面当主阀的过热度较大时，由于制冷剂减少就会导致换热器实际的有效换热面积减少，这两种情况都会导致制冷量的减少。

如图 4.9 所示，系统的 COP 的变化趋势呈现出先升后降并出现峰值。

COP 的整体变化不是由自身所能决定的，是由制冷量以及压缩机的功率一起作用而产生的，如上图 4.8 压缩机功率整体几乎没有太大的变化，所以 COP 的变化受制冷量作用更大。

通过上图的综合分析可以得出：通过对主路电子膨胀阀过热度在 3K 、 5K 、 7K 、 9K 测试点数据进行比较，可以发现排气温度整体都表现为上升的变化趋势，而这时的制冷量、 COP 则是均在主阀过热度为 5K 时达到了最大值，并随之主阀过热度的继续增大而出现下降的趋势。

所以综合来看，主路电子膨胀阀过热度为 5K 时系统的性能更优，过热度设置为 5K 更加适合该系统。除此之外发现不补气的工况下，主路电子膨胀阀的开度和排气温度都普遍偏大，所以需要补气来提高性能。

三、补阀过热度对汽车空调系统的影响

根据实验研究方案，在标椎状况下，车内干湿球温度为 27 ℃、 19 ℃，车外干球温度为 35 ℃，车外风机开至 90% ，压缩机转速为 3600r/min ，车内风机开至 100% ，主路膨胀阀过热度设置为 5K ，将低压和中压补气的补路膨胀阀过热度都依次设置成 8K 、 10K 、 12K 、 15K 进行实验。

如图 4.10 所示，在两种不同的补气系统中开度的变化趋势都表现为：随补阀过热度的提升而减小。

如图 4.11 所示，在补阀过热度在 8K~15K 的范围内上升过程中，低压和中压两种补气系统下的排气温度都表现为上升的变化状态，而且两种补气方式下的排气温度相比较下低压补气要略低于一些。

这是由于：

补阀过热度的提高导致补阀的开度减小，这时就会引起进入补路的制冷剂的质量流量较少，进而在中间换热器处的换热则是也随之减少，而这时的低压补气主要是由于在压缩机吸气口处混合后使得过热度不断的增加，从而导致了最终的排气温度变大；而这时的中压补气则是由于在中间腔内混合后致使温度降低幅度不断变小，从而最终的排气温度变高。

如上图 4.12 所示，在两种不同补气方式下的压缩机功率的整体的变化都呈现出了：压缩机的功率随补阀过热度的提高而减小。

这是由于：

补阀过热度的提高导致补阀的开度减小，这时就会引起进入补路的制冷剂随之减少，而这时的低压补气模式下的压缩机吸气口处混合后的压力不断的增大，而压比随之不断减小；而中压补气模式则是在中间腔内混合，压比也不断地减小，这时两种模式下的压缩机功率最终都不断地降低。

如图 4.13 所示，系统的制冷量随着补阀过热度的增加出现峰值，并呈现为先上升后下降的变化趋势。

如图 4.14 所示，低压补气和中压补气系统的 COP 变化趋势为：先上升后降低，并在补阀过热度在 10K 时出现峰值。

这种变化趋势的原因是由于：

系统 COP 的变化趋势不是由自身作为自变量产生的，而是自己作为因变量由自变量（压缩机功率和制冷量）变化趋势决定的，而在两种补气方式下的压缩机功率整体呈现出不断减小的状态，然而这时制冷量在补阀过热度为 10K 时出现最大值，因此系统的 COP 也在补阀过热度为 10K 时出现最大值，所以补阀过热度的最优值为 10K 。