变排量压缩机汽车空调制冷系统特性分析

1引言

汽车空调制冷系统依靠汽车空调压缩机工作。根据汽车空调压缩机原理可以分为定排量和变排量压缩机。定排量压缩机的排气量与汽车发动转速成正比关系，不能根据实际制冷要求自动改变输出功率。因此定排量压缩机不仅燃油经济性低，对车内热环境稳定较差。变排量压缩机根据所设定温度自动调节功率输出，可以根据车内温度自动调节功率，保证车内温度恒定。变排量压缩机汽车空调制冷系统通过检测汽车内部负载变化实现对摇板角度、活塞行程改变，实现最小能耗下舒适车内环境。变排量压缩机根据汽车负载实时调整，确保汽车内环境稳定前提下有效降低能耗。但是变排量压缩机汽车空调制冷系统长时间运行系统会振荡和结霜。

2变排量压缩机汽车空调制冷系统

2.1变排量压缩机汽车空调系统构成

变排量压缩机汽车空调系统的核心部件是变排量压缩机，冷凝器、蒸发器等也是系统组成部分；此外包括辅助元件如连接管道等。变排量压缩机汽车空调系统与定排量压缩机汽车空调系统不同在于压缩机排量不同。下面建立变排量压缩机模型，分析变排量压缩机特性。

2.2变排量压缩机模型建立

五缸变排量摇板式压缩机的排量从在每转20cm3到160cm3内可实现无级变化。根据变排量压缩机机械原理和基本结构建立变排量压缩机简化模型图，如图1所示。变排量压缩机模型包括控制阀模型、压缩机运动部件动力学模型和压缩过程模型三部分。通过控制阀数学模型将摇板箱压力、吸排气压力间联系构建起来；运动部件动力学模型可以建立活塞行程与排气吸气压力、摇板箱压力和转速间关系。压缩过程模型由吸气压力和温度、排气压力和压缩机转速确定压缩机制冷剂的流速和温度。

变排量压缩机运行中，活塞行程越大所受摩擦力矩越大，反之亦然。这是由于活塞行程较小时摩擦力矩与吸气压力所形成的的力矩具有相同方向；行程超过临界值时，摩擦力矩与吸气压力形成的力矩方向相反。因此活塞行程增大过程中达到临界值时吸气压力要大于行程减小时的临界吸气压力。通过控制阀和运动部件动力学模型，可以将变排量压缩机的不同排气压力、摇板角下行程增加和减小时的临界吸气压力、及压缩机的转速计算出来。

考虑到汽车空调部件组成属性及求解便利，将汽车空调制冷系统的冷凝器和储液干燥器结合到一起。由于平行流冷凝器的传热管为多孔矩形，将冷凝器分为热冷区以及中间区。将变排量压缩机、冷凝器、蒸发器和储液干燥器及热力膨胀阀四部件稳态模型有机结合到一起，形成变排量压缩机汽车空调制冷系统稳态模型。

3变排量压缩机特性分析

变排量压缩机通常包括四种基本模式，四种模式分别对应着系统四种不同特性。变排量压缩机使用中四种工作模式都会出现。因此分析变排量压缩机在四种模式下的稳态特性，可以对实际变排量压缩机工作情况起到很好指导作用。

建立的模型中，假定变排量压缩机系统的工作条件为每分钟1500转、1750转、2000转，Tcai=35℃，jeai=50%，蒸发器模拟汽车正常行驶时的环境，冷凝器所处的环境的风速是压缩机正常转速的0.25%。

（1）定转速定行程时系统特性

变排量压缩机处于定转速和定行程的模式下，系统蒸发压力Pe和制冷量Qe与蒸发器进口处的空气温度间关系如图2所示。Pe和Qe都随着蒸发器空气进口处的温度升高而增加，温度降低而降低。随着温度升高，变排量压缩机系统制冷量增加速度高于蒸发压力。

（2）变速定行程时系统稳态特性

变排量压缩机处于变速定行程的模式下，等同于是变频压缩机。变转速定行程的工作模式模型建立通常是指将行程设置最大处，排量处于变化状况。试验表明变排量压缩机处于该种工作模式下，压缩机蒸发压力和制冷量与蒸发器进口处的空气温度依然是成正比。变排量压缩机处于该模式下，蒸发压力和制冷量随着蒸发器入口处空气温度的提高而提高但是不能升高太大，否则变排量压缩机会毁坏。

（3）定转速变行程时系统稳态特性

变排量压缩机工作在定转速变行程方式下，变排量压缩机在正常情况下出现显著调节滞区，变排量压缩机工作在该区域内时即便蒸发器吸气压力发生明显变化，活塞行程会保持定值。调节滞区出现是变排量压缩机系统在变速定行程工作模式下的特性。变排量压缩机处于定转速变行程工作模式下，一般是在调节滞区内工作，最大化发挥变排量压缩机性能，保证汽车内环境舒适。

（4）变转速变行程时系统稳态特性

变排量压缩机工作在变转速变行程的模式下，具有该模式下独特性。图3可知变排量压缩机在变转速和形成模式下，蒸发压力Pe和制冷量Qe空气温度间关系。Pe-Teai和Qe-Teai关系均构成性能带，随温度增加性能带也会向增加方向移动。