汽车空调温度传感器位置及控制参数优化研究

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
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 ℃
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
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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℃。
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℃。
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
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
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
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 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
(3) 优化后压缩机的切断次数降低了 7917% , 空调各出风口平均温度降低 117～217℃,提高了车 内环境的舒适性和空调系统的可靠性 。
参考文献
[ 1 ] 阙雄才 ,陈江平. 汽车空调实用技术 [M ]. 北京 :机械工业出版 社. 2003.
[ 2 ] 赖建波 ,臧润清. 换热器表面结霜的特性与翅片效率公式的分 析 [ J ]. 制冷与空调 , 2003, 3 (1).
[ 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).
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
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℃。
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 。
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
[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 。
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
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
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
[ Abstract] The effect of the frost on the evaporator surface on the cooling capacity of A /C system in a Chang2an m inivan is analyzed, and an op tim ization on the location and control param eter (on /off temperatures) of the temperature sensors is conducted. The results of test in a climatic w ind tunnel show that after op tim ization the temperatures in all air outlets decrease by 117 ～217℃ and the frequency of the comp ressor’s cut2off reduces by 79%. So the comfort in the passenger compartm ent and the reliability of the A /C system are imp roved.