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CH1018(A)车R134a顶置式空调系统的开发 |
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作者：昌河铃木汽车有限责任公司 王虹宇 |
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[摘要] 开发一套符合广大昌河1018（A）车用户需要，适合昌河铃木汽车有限责任公司装配生产线安装要求的R134a 顶置式空调系统。
关键词：开发 试验 R134a R12 顶置式空调系统
1 课题的提出
公司引进的日本SK410 车在中国市场被赋予了更广泛的使用要求，其设置的前置式空调系统具有适合于私人用车性质的特点，但是不能很好的满足中国用户的实际使用要求，不能很好地适应车内多乘员时、多种乘员分布状态时的舒适性要求。顶置式空调系统以其兼顾车内前中后排要求、大制冷量、大风量等特点，很好地克服了前置式空调系统的以上不足。
经过1996 年至1997 年的大量试（实）验和试装，CH1018（A）车R12 顶置式空调系统的开发工作基本取得成功，并在1997 至1998 年度进入了大批量装配生产。
但是为了保护大气臭氧层免受CFCS 类化学物质的破坏，汽车空调系统原制冷剂R12 将被全面禁用，所以在97 年度使用R12 制冷剂的顶置式空调系统刚投入大批量生产后，即面临由使用R12 向R134a 的转产的要求。
由于R134a 与R12 在化学、物理及热物性等方面存在差异，R134a 汽车空调系统要在原R12 系统基础上发展，需对原R12 空调系统进行改造，如热力系统需重新匹配和设计，润滑油、分子筛、橡胶件等均需更换。其中，热力系统的匹配直接影响空调系统性能，是替代工作的关键。
本文主要从R134a与R12的热物性差异出发，分析使用R134a后对原R12系统热力性能的影响，使R134a汽车空调系统能达到与R12系统相同或更好的性能。以及CH1018（A）车R134a 顶置式空调系统的开发试（实）验工作和系统的匹配配置方案。
2 R134a 与R12 的热物性差异及对空调部件的影响
表1 列出了影响R134a 与R12 汽车空调系统性能差异的主要热物性参数，图1 给出了两者的饱和蒸汽压曲线。表1 R134a 与R12 的热物性参数对比
 
图1 R134a 与R12 的饱和蒸汽压曲线
由表1 和图1 可看出，与R12 相比，R134a 的热力特性如下：
1） 汽化潜热大，传热性能优于R12，对循环有利；
2） 另外热传导系数和表面张力小，热交换系数大；
3） 饱和气密度小，导致压缩机排气质量流量小，若要达到于与R12 同样的流量，应选用较大型号压缩机；
4） 在蒸发温度范围内，两者饱和压力相近（ R134a 略低），但是在冷凝温度范围内，其饱和压力高。导致压缩机排气压力增加，是不利影响。即R134a 的工作压差高于R12，压缩机工作功增加，冷凝器相应热负荷加大。
由于R134a 的绝热指数比R12 小，意味着在相同的吸气状态下，达到相同的压缩机排气压力，要使冷凝器与蒸发器有相当的换热能力，则R134a 系统的排气压力大约需升高10%左右，对冷凝器的性能影响较大。冷凝器得到充分冷却时，在相同的功耗情况下，R134a 系统的制冷能力稍大，系统成绩系数提高，但当冷凝器的冷却能力不足时，R134a 系统的成绩系数将下降。因此要求加大冷凝器与蒸发器的换热面积或改变材料与结构。
基本改进方案有两种：一是增加压缩机的容量或提高压缩机转速，改进电磁离合器的性能；二是增加冷凝器的换热面积或采用新型多元平行流式冷凝器（根据国内外实验结果，在相同条件下，多元平行流式冷凝器比蛇型管带式冷凝器的单位散热能力提高20%，可满足R134a 系统的需要），提高冷凝能力。
3 CH1018（A）车R134a 顶置式空调系统的性能要求
CH1018（A）微型厢式车顶置式空调系统开发存在大量的不利因素：
1） 车内乘座空间大，要求大制冷量的要求；
2） 车内空间与外界隔热能力差，由门多、玻璃多等导致的保温能力差；
3） 制冷系统安装空间小；
4） 整车发动机功率小，要求制冷系统消耗功率、电能消耗小；
5） 空调系统要求的控制功能复杂；
针对以上特点我们提出CH1018（A）微型厢式车R134a 空调系统开发的基本要求：
1） 克服日本前置式空调的缺点，满足中国市场的广泛要求；
2） 在CH1018（A）原型车的基础上，不对整车做大的变动，采用顶置式单蒸发器，开发前后送风型式的顶置式空调系统，并能与整车的车身系统、动力性能匹配；
3） 提供较日本前置式空调大的制冷量、风量，充分照顾车内各排乘员的要求及车内各种乘员分布情况时的要求；
4） 空调系统应操作简单，但必须具备适应于整车功能需要的各种空调保护功能，同时也必须完全达到日本前置式空调系统的各种先进控制功能，成为与整车匹配的空调系统；
5） 充分考虑生产线上对原日本前置式空调系统安装工作的操作习惯，空调系统零部件在满足系统要求的前提下适应生产线的装配工作。
6） 空调系统的性能应达到国家相关的台架试验、道路试验标准的要求，有高度的（性能、功能方面的）可靠性。
开发过程中以国家汽车行业标准要求的使用条件（环境温度35℃，日照负荷760W/m2，相对湿度50%,半载）考核空调系统。以保证开发出的空调系统是适应各种使用条件的。
综合以上我们提出了所要开发的空调系统的主要技术性能指标：
制冷量 >3000±10%kcal/h
风量 >300～350m3/h
蒸发器出口空气温度 低于10℃
压缩机功率消耗 低于3.2 马力
系统电能消耗 低于220W
前后座迎面风速 2.5m/s 以上
整车降温能力 达到QCn29008.9-1991《汽车产品质量检验 空调系统评定方法》的要求
风量调节 三档调节，高档―100% 中档―75% 低档―50%
发动机怠速自动提升 由（900±50）r/min 提升到（1100±50）r/min
膨胀阀 内平衡式膨胀阀；
高温易熔塞 （105±1.5）℃；
系统高、低压保护 双重压力自动保护，高压：3.14MPa 切断，2.55MPa 复位，低压：0.196MPa切断，0.225MPa 复位
自动水温保护 （105±1.5）℃切断，（102±1.5）℃复位；
自动温度控制，手动温度调节；
开关型式：推压式，三档风速调节；
发动机起动保护。
4 空调系统热力系统的匹配
空调系统热力系统的匹配是整个空调系统开发的关键，其中涉及到压缩机的选型，冷凝器的设置和安装，蒸发器的型式与送风方式。下面对以上各点进行分述。
4.1 压缩机的选型
由于微型车的发动机部分安装空间狭窄及功率影响，目前仅有两种压缩机可供选择：
精工公司的SS10 系列压缩机（五片旋叶式）和三电公司的SD7B10（7 缸摇板式），其他类型的压缩机受体积和安装方式及功率消耗的影响，均不适合微车发动机。
旋叶式压缩机优点是功耗小、能效比高、容积效率高。三电公司的摇板式压缩机功耗较之为大，以上参数均不如旋叶式，仅低速性能优于旋叶式。
表2 简单列出SS10 压缩机的性能参数。表2
 所以针对微车发动机的实际我们选用精工公司的SS10 压缩机，其外形与R12 的SS96 压缩机一致，对
电磁离合器等进行了适应性改进。
4.2 冷凝器的布置
铃木公司原SK410 前置式R12 空调系统的冷凝器布置方式为双级冷凝器，第一级为平行流式（布置在整车左侧梁架上），第二级为管带式（布置在发动机散热器前）。
进行R134a 顶置式空调开发时，鉴于制冷剂的改变及制冷量的增加，提高冷凝侧的散热能力是系统匹配的前提，原冷凝器应做较大变化。其中有两种方案供选择：
1）沿用原双级冷凝器的布置方案，各冷凝器的面积、安装方式均不变，但侧、前冷凝器均采用多元平行流式冷凝器，且侧冷凝器的管厚加厚到20mm，前冷凝器的管厚为16mm，试验结果按车速40km/h，35℃工况，冷凝器散热能力为3816kcal/h，但前冷凝器会对发动机散热器有一定影响。
2）采用单级侧冷凝器，冷凝器面积增大为原侧冷凝器的两倍，采用双电子风扇，但按同样工况，冷凝器散热能力为3608kcal/h，且由于冷凝器面积较大，影响发动机及排气管的安装。
在1998 年6 月进行的环境模拟热室试验中，对两种冷凝器布置型式的空调系统进行了性能对比和对发动机水温的影响对比。结果示于表3。表3
 各工况差异最大仅有4℃左右，可见影响发动机水温的主要因素是高温情况下的车辆实际驱动负荷和
压缩机功率消耗，是否采用前冷凝器不是主要因素，但采用前冷凝器对提高冷凝散热能力，提升制冷量是极为有利的。
按以上试验结果，可以基本确定CH1018（A）微型厢式车R134a 空调系统的基本规格：
压缩机使用SS10 系列压缩机，采用双级多元平行流式冷凝器的布置方案，各冷凝器的面积、安装方式与原进口件一致，侧冷凝器的管厚加厚到20mm，前冷凝器的管厚为16mm，各冷凝器的散热能力列于表4。表4
 5 主要技术问题的研究解决
5.1 发动机、压缩机部分
1）因加装系统压缩机的需要，将发动机原带发电机侧支撑板、安装支架设计成满足压缩机安装调节需要的压缩机支架等部件；
2）设计将发动机曲轴皮带轮换装满足压缩机驱动需要的双槽皮带轮，对压缩机驱动轮直径通过协调制冷量要求、压缩机特性按相应要求确定为100mm（SS10 压缩机的离合器直径为118mm）；
3）增加发动机冷却风扇安装垫；
4）因增加了空调负荷，对CH1018 型空调车要求至少使用DA462-1A 型发动机，发动机所带发电机额定电流要求大于40A；
5）适应国内外汽车空调都具备怠速自动提升功能的发展方向，对DA462-1A 系列发动机及F10A（465）系列发动机均在不对发动机化油器进行任何改动的基础上，设计开发了空调系统怠速自动提升装置。
5.2 侧冷凝器部分
CH1018A 型车侧冷凝器总成在车身上的已有安装孔,不需协调。
CH1018 型车的车身上原来并无侧冷凝器安装孔，参照CH1018A型车上侧冷凝器的安装方式，我们在1010-2801709（左件），1010-2801703（左件）上协调设计了侧冷凝器安装孔；在1010-2801801W（左件）上设计增加了侧冷凝器出口管管夹固定底孔，1018-2801101 上设计增加侧冷凝器进口管管夹固定孔，圆满解决了冷凝器部分元件的安装需要。
5.3 前冷凝器及储液罐部分
在CH1018A型车上，前冷凝器及储液罐在整车上的已经设有安装孔，不需协调。
在CH1018 型车的整车上无前冷凝器及储液罐安装孔，参照CH1018A 型车上前冷凝器及储液罐的安装方式，及加大发动机散热器散热量的要求，在CH1018 车上换装了CH1018A 车的散热器总成，在散热器支架上增加了前冷凝器、储液罐安装孔，解决安装问题。
5.4 顶置式蒸发器部分
1）由于装备顶置式蒸发器，在车身上增加了蒸发器进、出管通过孔，并且对CH1018 车的电压调节器支架焊接位置进行了更改；
2）设计开发了蒸发器前、后装饰罩总成，对蒸发器送风管道进行布置，达到实现前后送风的目的，同时考虑安装、拆卸及检修的方便性，合理布置蒸发器的回风口位置，即满足了空调系统风量的要求，又使系统（蒸发器）易于检修，蒸发器前、后装饰罩总成在整车上装配后，外形美观、与整车浑然一体，不对驾、乘人员视野及乘座空间造成影响。
5.5 电器系统
可沿用原R12 系统部件，协调组合仪表与空调系统放大器的参数，以达到符合技术指标的功能。空调系统各种保护功能在恶劣工作条件下，动作准确、执行可靠。
6 试验结果
在R134a 顶置式空调系统的开发、研制过程中，对各种空调系统的安装方案、性能指标进行了综合优选，一共对各种方案进行了4 车次的环境模拟热室室内试验，采用使用SS10 系列压缩机，双级冷凝器的布置方案，环境模拟热室试验的试验结果如表5。表5
 系统舒适性和降温性能达到了QCn29008.9－1991《汽车产品质量检验 空调系统评定方法》中的要求。
参考文献
1 陈孟湘. 汽车空调 原理 结构 安装 维修
2 清华大学热能系 R12 及R134a 汽车空调系统的性能对比分析
3 现代汽车R134a 空调系统原理与检修(end)
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(5/8/2005) |
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