變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)特性分析(1)

1、    變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)特性分析(1)    為了解決變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)振蕩和蒸發(fā)器結(jié)霜問(wèn)題，對(duì)該系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行分析。建立了變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型，模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。系統(tǒng)存在變排量壓縮機(jī)定轉(zhuǎn)速定行程、變轉(zhuǎn)速定行程、定轉(zhuǎn)速變行程和變轉(zhuǎn)速變行程四種運(yùn)行方式，本文對(duì)四種方式下汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了分析。研究首次發(fā)現(xiàn)，在變活塞行程情況下，與定行程方式下性能參數(shù)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系不同，蒸發(fā)壓力、制冷量等系統(tǒng)參數(shù)表現(xiàn)為多值對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)存在“性能帶”，可使蒸發(fā)壓力保持在一個(gè)較小的

2、范圍內(nèi)變化。變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)性能帶的發(fā)現(xiàn)和提出，豐富和發(fā)展了制冷系統(tǒng)特性分析理論。 關(guān)鍵詞： 性能帶 變排量壓縮機(jī) 汽車(chē)空調(diào) 穩(wěn)態(tài)特性 1 前言汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的無(wú)級(jí)變排量搖板式壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)變排量壓縮機(jī))摒棄了傳統(tǒng)的離合器啟閉壓縮機(jī)調(diào)節(jié)方式，可以根據(jù)車(chē)內(nèi)負(fù)荷變化改變搖板角度和活塞行程，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，不會(huì)引起汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)周期性的負(fù)荷變化，車(chē)內(nèi)環(huán)境熱舒適性好，降低能耗，節(jié)約燃油1,2。但是在由變排量壓縮機(jī)和熱力膨脹閥組成的汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩3,4和蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象，為了解決這些問(wèn)題，必須對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行分析。只有很少研究者對(duì)變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)特性進(jìn)行

3、過(guò)分析。Inoue等人3在對(duì)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)中七缸變排量壓縮機(jī)和熱力膨脹閥的匹配問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但是沒(méi)有理論分析。Lee等人5對(duì)變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，但是認(rèn)為在變活塞行程情況下參數(shù)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文在變排量壓縮機(jī)穩(wěn)態(tài)模型基礎(chǔ)上，建立變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，然后對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析。2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)由變排量壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和儲(chǔ)液干燥器、熱力膨脹閥以及連接管道組成，制冷劑采用R134a。為簡(jiǎn)化模型，忽略各連接管道的壓力損失和熱損失。與定排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)最大的不同是變排量壓縮機(jī)，所以重點(diǎn)介紹

4、變排量壓縮機(jī)模型建立。2.1 變排量壓縮機(jī)模型本文研究的壓縮機(jī)為五缸變排量搖板式壓縮機(jī)，其排量可以在每轉(zhuǎn)10cm3到156 cm3范圍內(nèi)無(wú)級(jí)變化。根據(jù)變排量壓縮機(jī)的控制機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，圖1給出了壓縮機(jī)模型關(guān)系圖。首先建立控制閥數(shù)學(xué)模型從而確定搖板箱壓力Pw隨排氣壓力Pd和吸氣壓力Ps的變化規(guī)律，然后建立壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型確定活塞行程Sp與排氣壓力、吸氣壓力、搖板箱壓力和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速Nc的關(guān)系，再通過(guò)壓縮過(guò)程模型由排氣壓力、吸氣壓力、吸氣溫度、活塞行程和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)確定壓縮機(jī)制冷劑流量Mr和排氣溫度，這樣以上三個(gè)模型就組成了變排量壓縮機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型。圖1 壓縮機(jī)模型關(guān)系圖根據(jù)我們的研究發(fā)現(xiàn)，變

5、排量壓縮機(jī)由于活塞行程減小時(shí)運(yùn)動(dòng)部件（如軸套同主軸之間）的摩擦力矩與活塞行程增大時(shí)相反，活塞行程減小時(shí)摩擦力矩與吸氣壓力形成的力矩同向，行程增大時(shí)摩擦力矩與吸氣壓力形成的力矩反向，所以行程增大時(shí)臨界吸氣壓力（活塞行程剛增大時(shí)的吸氣壓力）Ps,cu大于行程減小時(shí)臨界吸氣壓力Ps,cd。當(dāng)Ps,cdPsPs,cu，壓縮機(jī)出現(xiàn)了一個(gè)“調(diào)節(jié)滯區(qū)”，活塞行程Sp不會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)控制閥的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型，可以計(jì)算出不同排氣壓力、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和搖板角下行程增加和行程減小時(shí)臨界吸氣壓力，并擬合出行程減小時(shí)和行程增加時(shí)的臨界吸氣壓力與排氣壓力、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞行程的如下關(guān)系式： （1） （2）式中，

6、Pd0為基準(zhǔn)排氣壓力，Ad(, Nc)，Bd(, Nc)，Au(, Nc)，Bu(, Nc)是與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速Nc和搖板角有關(guān)的系數(shù)。根據(jù)壓縮機(jī)幾何關(guān)系，可以導(dǎo)出活塞行程Sp與搖板角的關(guān)系式，則公式（1）和（2）給出了活塞行程與排氣壓力、吸氣壓力和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。壓縮機(jī)流量和出口焓值可用下式計(jì)算： （3） （4）最大活塞行程情況下的容積效率和指示效率計(jì)算公式根據(jù)我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。在部分活塞行程情況下，我們提出相對(duì)容積效率和相對(duì)指示效率的概念。相對(duì)容積效率是部分行程的容積效率同相同工況與轉(zhuǎn)速下最大行程容積效率之比，而相對(duì)指示效率是相同工況和轉(zhuǎn)速下部分行程指示效率與最大行程指示效率之比。我們的

7、試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)工況對(duì)相對(duì)容積效率和相對(duì)指示效率的影響可以忽略不計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以擬合出相對(duì)容積效率和相對(duì)指示效率計(jì)算公式如下： （5） （6）公式（1）（6）就組成了變排量壓縮機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以由排氣壓力、吸氣壓力、吸氣溫度、活塞行程和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)確定壓縮機(jī)制冷劑流量和排氣溫度。2.2 其它部件模型本文研究的蒸發(fā)器為四通道五列管片式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器長(zhǎng)0.2625m, 高0.228m，厚0.084m, 外表面?zhèn)鳠崦娣e5.5m2。蒸發(fā)器穩(wěn)態(tài)模型采用集總參數(shù)法，將蒸發(fā)器分為兩相區(qū)和過(guò)熱區(qū)兩個(gè)區(qū)域?？紤]到汽車(chē)空調(diào)部件組成特點(diǎn)和求解方便，將冷凝器和儲(chǔ)液干燥器組合在一起，儲(chǔ)液干燥器作為冷凝器過(guò)冷區(qū)

8、的一部分。本文研究的冷凝器為平行流冷凝器，傳熱管為多孔矩形通道扁管，13/9/7/5通道分布, 冷凝器長(zhǎng)0.35m，高0.56m,厚0.02m, 外表面?zhèn)鳠崦娣e5.58m2。冷凝器穩(wěn)態(tài)模型采用集總參數(shù)法，將冷凝器分為過(guò)熱區(qū)、兩相區(qū)和過(guò)冷區(qū)三個(gè)區(qū)域。熱力膨脹閥為交叉充注吸附式H型球型快開(kāi)閥,公稱(chēng)容量為2冷噸。通過(guò)熱力膨脹閥閥桿受力方程得出閥開(kāi)度，采用熱力膨脹閥流量計(jì)算公式計(jì)算流經(jīng)熱力膨脹閥的制冷劑流量。            摘 為了解決變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)振蕩和蒸發(fā)器結(jié)霜

9、問(wèn)題，對(duì)該系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行分析。建立了變排量壓縮         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。將變排量壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和儲(chǔ)液干燥器和熱力膨脹閥四個(gè)部件穩(wěn)態(tài)模型按照部件進(jìn)出口參數(shù)關(guān)系有機(jī)結(jié)合，就組成了變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型。2.3 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型驗(yàn)證圖2為處于行程減小和增大臨界狀態(tài)不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的比較，試驗(yàn)條件：在Tea

10、i25，Tcai=33，蒸發(fā)器高檔風(fēng)速，冷凝器迎面風(fēng)速2.8m/s。按照試驗(yàn)條件對(duì)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe隨Nc的變化進(jìn)行了模擬計(jì)算。（a）Pe-Nc關(guān)系圖 （b）Qe-Nc關(guān)系圖圖2 系統(tǒng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證可以看出，行程減小時(shí)臨界蒸發(fā)壓力和臨界空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算值和試驗(yàn)點(diǎn)吻合較好，行程增大時(shí)臨界蒸發(fā)壓力的試驗(yàn)值稍小于計(jì)算值，臨界空調(diào)負(fù)荷的試驗(yàn)值稍大于計(jì)算值?？傮w來(lái)說(shuō)，模擬計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。    3 特性分析變排量壓縮機(jī)可以實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)速定行程、變轉(zhuǎn)速定行程、定轉(zhuǎn)速變行程和變轉(zhuǎn)速變行程四種運(yùn)行方式，那么變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)也就會(huì)呈現(xiàn)出四種相應(yīng)的系統(tǒng)特性

11、。采用系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型對(duì)該四種壓縮機(jī)運(yùn)行方式下的系統(tǒng)特性進(jìn)行分析。3.1 定轉(zhuǎn)速定行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性此時(shí)壓縮機(jī)相當(dāng)于常用定速定行程壓縮機(jī)。定轉(zhuǎn)速定行程（最大行程）時(shí)系統(tǒng)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe隨蒸發(fā)器進(jìn)口空氣溫度Teai的變化見(jiàn)圖3。計(jì)算條件：Nc=1500r/min，Tcai=35，蒸發(fā)器進(jìn)口空氣相對(duì)濕度jeai=50，蒸發(fā)器高檔風(fēng)速，冷凝器迎面風(fēng)速為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速乘于0.0025。Pe-Teai和Qe-Teai關(guān)系均為一條曲線(xiàn)，Pe和Qe均隨Teai的增加而增加。此時(shí)能夠保持最大行程的最小Teai為24.5，低于此值，壓縮機(jī)的活塞行程將變小。3.2 定轉(zhuǎn)速定行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性此時(shí)壓縮機(jī)相當(dāng)于變頻壓

12、縮機(jī)。變轉(zhuǎn)速定行程（最大行程）時(shí)系統(tǒng)不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe隨蒸發(fā)器進(jìn)口空氣溫度Teai的變化見(jiàn)圖4。計(jì)算條件：Nc=1500、1750和 2000r/min，Tcai=35，jeai=50，蒸發(fā)器高檔風(fēng)速，冷凝器迎面風(fēng)速為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速乘于0.0025。Pe-Teai和Qe-Teai關(guān)系均為一族曲線(xiàn)， Pe和Qe均隨Teai和Nc的增加而增加。Nc為1500r/min時(shí)保持最大排量時(shí)的最小Teai為24.5，Nc為1750r/min時(shí)保持最大排量時(shí)的最小Teai為27.3，Nc為2000r/min時(shí)保持最大排量時(shí)的最小Teai為30.2。（a）Pe-Teai關(guān)系圖 （b）Qe-Te

13、ai關(guān)系圖圖3 定轉(zhuǎn)速定行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性（a）Pe-Teai關(guān)系圖（b）Qe-Teai關(guān)系圖圖4 變轉(zhuǎn)速定行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性3.3 定轉(zhuǎn)速變行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性在定轉(zhuǎn)速變行程方式下，壓縮機(jī)出現(xiàn)了一個(gè)“調(diào)節(jié)滯區(qū)”，吸氣壓力Ps在此調(diào)節(jié)滯區(qū)變化時(shí)活塞行程Sp不會(huì)發(fā)生變化。變行程情況下壓縮機(jī)調(diào)節(jié)滯區(qū)映射到系統(tǒng)中會(huì)形成定轉(zhuǎn)速變行程方式獨(dú)特的系統(tǒng)特性。定轉(zhuǎn)速變行程時(shí)系統(tǒng)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe隨蒸發(fā)器進(jìn)口空氣溫度Teai的變化見(jiàn)圖5。計(jì)算條件：Nc=1500r/min，Tcai=35，jeai=50，蒸發(fā)器高檔風(fēng)速，冷凝器迎面風(fēng)速為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速乘于0.0025。當(dāng)Teai小于27后，系統(tǒng)開(kāi)始存在變行程狀態(tài)。在

14、某一行程下，行程增大臨界蒸發(fā)壓力Pe,cu大于行程減小臨界蒸發(fā)壓力Pe,cd，而當(dāng)Pe,cdPePe,cu，Sp不會(huì)發(fā)生變化；這樣Pe,cu和Pe,cd之間，每一個(gè)恒定Sp（如Sp28mm）的Pe-Teai曲線(xiàn)就相當(dāng)于一個(gè)定排量壓縮機(jī)Pe-Teai曲線(xiàn)，多個(gè)恒定Sp的 Pe-Teai曲線(xiàn)就形成了一條帶（我們稱(chēng)之為“性能帶”），這條性能帶的上邊界為Pe,cu，下邊界為Pe,cd。在性能帶中， 原來(lái)定行程情況喜愛(ài)Pe-Teai和Qe-Teai一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，變成了一個(gè)多值對(duì)應(yīng)關(guān)系。變行程情況下壓縮機(jī)“調(diào)節(jié)滯區(qū)”映射到系統(tǒng)中，形成系統(tǒng)的“性能帶”。變行程情況系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)該全部落在性能帶的閉區(qū)間中。

15、從圖5（a）可以看出，整個(gè)性能帶的蒸發(fā)壓力在0.2850.3MPa范圍內(nèi)變化。也正是由于性能帶的存在，使得蒸發(fā)溫度在一個(gè)范圍內(nèi)變化，降低了調(diào)節(jié)敏感性和調(diào)節(jié)精度，在整個(gè)蒸發(fā)壓力性能帶數(shù)值偏小或者性能帶較寬情況下，性能帶部分穩(wěn)態(tài)狀態(tài)點(diǎn)的蒸發(fā)溫度可能小于0，可能造成蒸發(fā)器結(jié)霜。另外，在系統(tǒng)振蕩情況下，變排量壓縮機(jī)的行程調(diào)節(jié)會(huì)加劇由于蒸發(fā)器和熱力膨脹閥控制回來(lái)造成的系統(tǒng)振蕩，而性能帶的存在降低了行程調(diào)節(jié)的可能性，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。（a）Pe-Teai性能帶（b）            

16、摘 為了解決變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)振蕩和蒸發(fā)器結(jié)霜問(wèn)題，對(duì)該系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行分析。建立了變排量壓縮         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。Qe-Teai性能帶圖5 定轉(zhuǎn)速變行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性3.4 變轉(zhuǎn)速變行程時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性不同轉(zhuǎn)速的定轉(zhuǎn)速變行程方式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性組合就形成了變轉(zhuǎn)速變行程方式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性。Nc分別為1500、1750和2000r/min

17、時(shí)，變轉(zhuǎn)速變行程系統(tǒng)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe隨蒸發(fā)器進(jìn)口空氣溫度Teai的變化見(jiàn)圖6。計(jì)算條件： Tcai=35，jeai=50，蒸發(fā)器高檔風(fēng)速，冷凝器迎面風(fēng)速為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速乘于0.0025。Pe-Teai和Qe-Teai關(guān)系均為一族性能帶，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，保持最大排量時(shí)的最小Teai就越大，所以Pe-Teai性能帶就向Teai增加的方向移動(dòng)，而Qe-Teai就向Qe和Teai增大的方向移動(dòng)。從圖6還可以看出，在相同Teai情況下，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速越高，Pe-Teai性能帶越向下移動(dòng)，而Qe-Teai性能帶越向上移動(dòng)；這是因?yàn)門(mén)eai相同時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速越高，壓縮機(jī)將調(diào)節(jié)行程減小，而壓縮機(jī)在高轉(zhuǎn)速

18、和小行程時(shí)的容積效率較低，所以在相同Teai時(shí)，制冷劑流量反而隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提高有較小的降低，這樣就使得壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，Pe變大，而制冷量減小。由于性能帶是按照行程增大和行程減小的臨界狀態(tài)作出的，所以該規(guī)律只適用于行程增大和行程減小的臨界狀態(tài)。（a）Pe-Teai性能帶 （b）Qe-Teai性能帶圖6 變轉(zhuǎn)速變行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性4 結(jié)論本文建立了變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型，模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，證明該模型可以用于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析。對(duì)應(yīng)于變排量壓縮機(jī)定轉(zhuǎn)速定行程、變轉(zhuǎn)速定行程、定轉(zhuǎn)速變行程和變轉(zhuǎn)速變行程四種運(yùn)行方式，分析了變排量壓縮機(jī)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)也就會(huì)呈現(xiàn)出四種相應(yīng)的系統(tǒng)特性。通過(guò)系統(tǒng)分析首次發(fā)現(xiàn)，在變活塞行程