城市公交客车空调系统匹配的若干问题

JINGYI

城市公交客车空调系统匹配的若干问题

广州精益汽车空调有限公司欧阳勇2003年9月

引言

随着社会经济的迅速猛发展，城市化进程的加快，城市交通阻塞的问题日益成为倍受关注的社会焦点问题。大量的研究和国内外城市化过程的经验表明，发展公共交通是缓解和解决城市交通供需矛盾的关键措施。在相当长的时间内优先发展城市公交是我国解决经济发展的中心工作，城市公交客运和公交客车也获得了难得的发展机遇，人们对公交客车的舒适性，节能环保的追求也变得愈来愈强烈。当经过一天紧张劳作的人们踏上归途，走入舒适的车厢内时一切疲劳都消失怠尽。

由于对公共客车运行特点了解不足，目前一些公交客车空调系统的设计欠佳运行不良，出现了一系列亟待解决的问题如冷却效果不佳、降温慢、启动时熄火、加速困难、爬坡时动力不足等。根据我们长期以来对广州、上海、重庆等城市公交空调客车运行状况的监测和研究，就一些影响其动力特性和冷量输出特性的重要因素进行了总结，与各位代表共同探讨。

一、空调客车的基本特征和要求

空调客车是城市公交发展具竞争力的重要特征，由于公交车主要面对的是城市大众，这就要求现代公交空调车辆在乘座的舒适性，载客容量、上下方便，节能环保等方面能够满足人们不断发展的需求，公交车辆有以下特点：

1．载客容量大，上下客频繁。公交车辆存在着载客的高峰期和非高峰期不同的载客状态，高峰时期的载客量可达到平时额定载客量的两倍；

2．起停频繁，站点多；

3．时速慢，平均时速在20kw/h左右；

4．绝热密封较差；

由于以上特点，因此公交客车空调系统的配置时应具备：冷量大、风量足、噪声低、低速状态冷量输出好、耗电少、有空气杀菌消毒功能。

二、空调系统正确设计匹配的原则

1．发动机的要求和选择

发动机应具备合理的动力性。城市公交车常处在超载、低速状态下运行，发动机与整车匹配应能保证各档位的动力因素，保证车辆在城市立交及其它坡道路段行驶时的爬坡能力，并保证有足够的起步加速能力。此外还须有足够大的低速扭矩，即选配低转速、大扭矩，特别是低速段扭矩大的发动机是比较适合用作公交空调客车（非独立机组）的动力装置。对于山地城市选用单独的辅助发动机为空调动力（独立机组）是较好的选择。

在选配空调系统时应分析发动机外特性曲线及空调系统的功耗的匹配情况，发动机外特性曲线反映了发动机的转速与发动机动力性能的关系。它是当发动机节气门开至最大时,所得到的总功率特性也称为发动机的外特性。代表了发动机的最高动力特性。

从发动机外特性曲线图一上可

机燃烧不良，转速降低使得每个

工作循环的时间增长，燃气与汽

缸壁接触时间也增长，绝热效率

ηe下降，由于冷却而产生的能

量损失就更大，因而导致扭矩略

为减小。转速由n2不断增加时，

由于进气行程时间缩短，气体流

速高，阻力增大，充气量也较少，而且摩擦阻力又增大，故扭矩Te随之减小。

当转速达到n4时，有效功率Pe达到最大值。功率是扭矩与转速的乘积（Pe=2л.n.Te），在n1-n2范围内Pe随n的增加而增加，在n2-n4范围内n虽然继续增加，但Te却逐渐降低，不过降低较缓慢，故Pe是缓慢地增加。到n4时Pe 是缓慢增加并达到最大值，转速超过n4时虽然n是增加的，但由于Te下降速度很快，故Pe也逐渐下降。从曲线图中还可以看出，发动机最小燃油消耗率的相应转速为n3，这个数值一般是介于最大转矩时转速和最大功率时转速之间。发动机的外特性曲线上标出的发动机最大功率和最大扭矩及其相应的转速，是表示发动机性能的重要指标。要联系客车设计使用条件、如比功率、自重、载重量、道路情况所要求克服的阻力数值、最高车速以及空调系统在相对应转速下需要的驱动扭矩、功率等来分析发动机的特性曲线是否符合匹配要求。尤其在发动机怠速运转情况下，如果发动机的实际输出功率和扭矩(指可用于驱动空调系统部分)不足时就会出现剧烈震动、皮带打滑断裂甚至熄火等现象。

（Te：表示有效转矩；Pe：表示有效功率；ge：燃油消耗率）

2．空调系统冷量输出特性与车速的匹配工作点的选择

空调系统冷量输出

之间的关系曲线，冷

量输出特性对特定

的空调系统而言，随

着发动机（车速）不

断增大呈类抛物线

规律变化。首先，在

低速运转状态下压

缩机实际排出的制冷剂流量较少，不能满足系统正常工作的需要；随着压缩机转速逐步增加，供给系统的制冷剂流量也逐步增多达到与系统设计时所需流量匹配，此时空调系统运行在最佳工作状态，随后在某一点达到冷量输出峰值。当压缩机

的转速继续增大，由于特定系统的管道通径、换热器面积、空气流量、膨胀阀的

流量等能力的限制，实际上供给系统的制冷剂体积流量虽有所增大，但质量流量却因为压缩机吸入口比容的增大而减小；再加上流动阻力剧增，压差增大，系统循环恶化，因此输出的冷量逐步下降。在配公交车辆空调系统时，应充分考虑公交车辆经常处于低速运行的特点,确定合理的工作点，保证在怠速状态下冷量输出在有效区间，达到额定冷量值的75%（图二中粗实线所示输出特性曲线），在车速

。另外、还须校核在最大车速时压缩机转速达到20km/h时应达到额定输出冷量Q

是否超过许用限值。传动比过小时低速输出不足，无法发挥空调系统的效能，这就是我们常见到的公交空调车低速冷却不良的原因，经常听到乘客抱怨“空调质量不行”，实际上是由于设计传动系统时工作点选择不合适，不能满足乘客的生理要求，同时又浪费了燃油。

3．空调容量的选择

应参照CJ/T134-2001标准、CJ/T325-2002标准和顾客要求、地域气候特点进行选配，在保证额定乘载人员情况下冷量、风量的基础上，兼顾考虑在严重超员的情况下冷量和风量的要求。额定乘员冷量：600w/人均、风量＞80m³/h人；超员状态冷量：300w/人均，风量＞25m³/h人且可以调节。这样就可以保证在极端条件下有较好的冷却效果。

4．压缩机的选择

压缩机是空调系统的重要部件，对系统的可靠性、冷量输出的稳定性影响很大，选配的原则是要保证低速状态有大的输出，同时要考虑在高速运转时不会超过安全限值，公交空调客车中使用的压缩机应满足排量大、极限转速高的基本要求。

5．传动比的选择

由于车辆采用的发动机存在差异，有的发动机最高转速较低，有的最高转速较高，转速变化范围宽。如果不加以区分采用同样的传动比驱动空调压缩机，则会出现冷量输出特性的差异（如图三），表现为一种车辆冷却好，另一种车辆冷却不足。对于同一发动机采用不同传动比时空调的冷量输出特性呈不同的规律（如