面向环保汽车的空调最近新技术
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６５８
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
面向环保汽车的空调最近新技术
韩国民１ꎬ 杨云２ꎬ 川久保３ꎬ 昌章３
１������ 电装 ( 中国) 投资有限公司上海技术中心乘用车空调技术部 ２������ 电装 ( 中国) 投资有限公司上海技术中心热性能开发部 ３������ 电装 ( 日本) 株式会社热系统开发部
１������ ３ 降低制冷热负荷
为了减少制冷量ꎬ 除了在 １������ １ 項所述的提高空调系统效
６６０
图 ３ 各模式下油费降低效果
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
构成 室内 ＨＶＡＣ 单元由制热时空气加热的室内冷凝 器、 制冷及除湿制热时空气冷却的蒸发器构成ꎮ 室外热交换 器具有制热时作为蒸发器、 制冷时作为冷凝器的功能ꎮ 各热 交换器前同时设置有节流阀及根据运转模式实现旁通功能的 旁通阀ꎮ 以下介绍各模式下的作动原理ꎮ
引 言
为了减少燃油消费、 ＣＯ２ 排 放ꎬ 除 了 提 高 发 动 机 效 率
外ꎬ 通过电动化降低发动机使用率ꎬ 是最近的车辆发展趋 势ꎮ 各种车辆的空调要求及适用技术汇总如表 １ꎮ 在车辆低 油耗发展的趋势下ꎬ 随着夏季空调燃油消耗比率的增加ꎬ 标 称油耗和实际油耗的偏差也会变大ꎮ 因此ꎬ 势必需要提高空
１ 制冷课题及其应用技术
省油耗计测结果ꎬ 估算 ＮＹＣＣ 模式下的省油耗效果ꎮ
１������ １ Ａ / Ｃ 系统效率改善
为了降低传统车、 ＩＳＳ 车、 ＨＶ 车的实际油耗ꎬ 空调系 统的高效率化很重要ꎬ 对 ＰＨＶ、 ＥＶ 来说ꎬ 延长蓄电池模式 下续航里程也很重要ꎮ 除了使压缩机、 热交换器等空调部品 的效率持续提高之外ꎬ 通过采用内部热交换器、 喷射器系统 等提高空调循环自身效率的技术也得到了实用ꎮ 内部热交换 器是通过冷凝器 ~ 膨胀阀间的高压液态冷媒和蒸发器 ~ 压缩 机间的低压气态冷媒间的热交换ꎬ 使制冷循环的效率得到提 高ꎮ 一般情况下ꎬ 内部热交换器为 ２ 重管构造ꎬ 具有利于搭 载的优点ꎮ 另一方面ꎬ 喷射器是一种流体泵ꎬ 把传统的膨胀 阀由涡流损失的膨胀能量回收加以有效利用ꎬ 从而使系统效 率得到提高ꎮ
图 ６ 制冷模式作动原理
< 除湿制热模式 > 除湿制热作动如图 ７ 所示ꎮ 除湿制热时制热用旁通阀由 于处于关闭状态ꎬ 经制热节流阀降压ꎮ 室外热交换器中冷媒 温度如果比外气温高就作为冷凝器ꎬ 比外气温低就作为蒸发 器作动ꎮ 然后通过制冷用节流阀进入蒸发器ꎬ 回到储液罐ꎮ 除湿制热运转模式时ꎬ 除使用压缩机外ꎬ 还用到室内冷凝 器、 室外热交换器、 蒸发器 ３ 个热交换器来控制除湿及再加 热能力ꎮ
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
调系统的效率ꎮ 另外ꎬ 随着车辆的低油耗导致废热减少ꎬ 冬 季为了补充空调制热能力ꎬ 有时需要增加辅助热源ꎮ 另外ꎬ 降低热负荷从而降低制冷制热能力ꎬ 也是一种有效的方法ꎮ 除此之外ꎬ 为了能减少发动机的使用率ꎬ 需要确保发动机停 止状态下制冷、 制热手段ꎮ 这些课题及其适用技术ꎬ 在以下 章节中叙述ꎮ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｉｄｌｅ￣ ｓｔａｒｔ￣ ｓｔｏｐꎬ ｈｙｂｒｉｄꎬ ｐｌｕｇ￣ ｉｎ ｈｙｂｒｉｄꎬ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍꎬ Ｆｒｅｓｈ / Ｒｅｃｉｒｃｕｌａ￣ ｔｉｏｎ ｄｕａｌ￣ ｌａｙｅｒ ＨＶＡＣ ｕｎｉｔ
图 ５ 制热模式作动原理
< 制冷模式 > 制冷作动如图 ６ 所示ꎮ 和制热一样ꎬ 虽然高温高压的冷 媒被送入室内冷凝器ꎬ 但因混合风门处于关断状态ꎬ 车室内 空气不会被加热ꎮ 冷媒之后由于旁通阀处于开通状态ꎬ 不经 过制热用节流阀而直接旁通进入室外热交换器ꎬ 向大气放然 后冷凝ꎮ 之后ꎬ 通过制冷用节流阀减压变成低温低压冷媒ꎬ 冷却车室内空气ꎮ
３������ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｒ＆Ｄ Ｄｉｖｉｓｉｏｎꎬ ＤＥＮＳＯ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｒｅｃｅｎｔ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ������ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＣＯ２ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｉｇｈｔｅｎｅｄ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ������ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｏｌｌｏｗ ｓｕｃｈ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓꎬ ｖｅ￣
ＰＨＶ 车大多数情况下以及 ＥＶ 车上ꎬ 因为发动机经常不 运转ꎬ 需要发动机废热以外的热源ꎮ 高电压 ＰＴＣ、 热泵系统 等相对来说具有较大制热能力的热源可以适用ꎮ 车辆要求的 制热所需能量和车辆行走所需的能量相当ꎬ 对续航距离影响 很大ꎬ 因此需要高效率的制热手段ꎮ 从理论上说ꎬ 热泵系统 的 ＣＯＰ 可以超过 １ꎬ 具体说明如下ꎮ
图 １ 蓄冷蒸发器基本构造
图 ２ 蓄冷蒸发器放冷时间
各模式下的停机时间和省油耗效果如表 １、 图 ３ 所示ꎮ 在 ＪＣ０８ 走行模式下进行整车试验ꎬ 通过延长发动机停机时 间ꎬ 可以取得 ５％ 省油耗效果ꎮ 另外ꎬ 在 ＮＹＣＣ 模式下估算 有 ７������ ４％ 的省油耗效果ꎮ
表 １ 各模式下发动机停止时间
< 制热模式 > 制热作动如图 ５ 所示ꎮ 压缩机吐出高温高压的气态冷 媒ꎬ 通过室内冷凝器向车室内放热而液化ꎮ 液化后的冷媒由 于旁通阀处于关闭状态ꎬ 经过制热用节流阀成为低温低压冷 媒ꎬ 通过室外热交换器从大气吸热ꎬ 之后通过储液罐实现气 液分离ꎬ 最终只有气态冷媒再次回到压缩机ꎮ
图 ４ 停车时间比率和省油率效果
【 关键词】 怠速起停ꎬ 混合动力ꎬ 插电式混合动力ꎬ 蓄冷空调系统ꎬ 热泵系统ꎬ 内外气 ２ 层 ＨＶＡＣ
Ｒｅｃｅｎｔ Ａｉｒ￣ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ￣ Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
Ｈａｎ Ｇｕｏｍｉｎ１ ꎬ Ｙａｎｇ Ｙｕｎ２ ꎬ Ｋａｗａｋｕｂｏ Ｍａｓａａｋｉ３ １������ ＤＥＮＳＯ ( ＣＨＩＮＡ) ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴ ＣＯ������ ꎬ ＬＴＤ������ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒꎬ ＣＡＲ Ａ / Ｃ ｄｅｐｔ ２������ ＤＥＮＳＯ ( ＣＨＩＮＡ) ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴ ＣＯ������ ꎬ ＬＴＤ������ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ Ｒ＆Ｄ ｄｅｐｔ
率外ꎬ 降低热负荷ꎬ 即降低制冷性能的要求也很重要ꎮ 具体 来讲ꎬ 针对需要降温乘员的集中空调系统、 通过乘员直接接 触的座椅快速降温等ꎬ 均有较好的效果ꎮ
２ 制热课题及应用技术
２������ １ 热源不足
传统车上发动机冷却液由发动机废热加热ꎬ 进入 ＨＶＡＣ 的加热芯ꎬ 加热车室内的空气ꎮ 然而ꎬ 随着发动机效率提 高ꎬ 可能会导致制热不足ꎮ 这种情况下ꎬ 低电压 ＰＴＣ 加热 器等辅助热源、 或者和制冷同样需要采用集中制热等手段来 降低热负荷ꎮ
● 热泵系统 原理 制冷循环中ꎬ 从压缩机吐出的高温高压的冷媒通 过冷凝器进行放热 (空气被加热)ꎬ 节流后成为低温低压的 冷媒ꎬ 通过蒸发器从空气吸热 (空气被冷却)ꎬ 再次回到压 缩机构成制冷循环ꎮ 通过阀的切换ꎬ 使夏季车室内为蒸发 器、 车室外为冷凝器而冷却车室内空气ꎬ 而冬季使车室内为 冷凝器、 车室外为蒸发器来加热车室内空气ꎬ 这就是热泵系 统的原理ꎮ 制热运转时ꎬ 除了压缩机做功外ꎬ 室外机还能从 大气吸收的热能向室内放热ꎬ 能得到压缩机消耗动力以上的 制热能力ꎮ
● 蓄冷空调系统 原理 发动机使用时通过蓄冷材储存冷量ꎬ 发动机停止 时释放冷量ꎬ 不仅能维持车室内的舒适性ꎬ 而且可以延长发 动机的停止时间ꎮ 蓄冷量是根据 ２８℃ 时能维持约 １ 分钟的 冷气来设计的ꎬ 能满足大多数车辆等红灯停车时的需求ꎮ 构造 蓄冷空调系统中ꎬ 传统蒸发器由蓄冷蒸发器所代 替ꎬ 传统蒸发器是由很多扁平铝管及波浪形翅片交互排列构 成ꎬ 而蓄冷蒸发器如图 １ 所示ꎬ 部分翅片用装有蓄冷材的密 闭容积体代替ꎬ 这种构造比较简单ꎬ 有和传统蒸发器互换搭 载的优点ꎮ 效果 图 ２ 表示了发动机停止后的吹出口温度同传统蒸 发器和蓄冷蒸发器的比较结果ꎮ 蓄冷蒸发器由于蓄冷材的效 果ꎬ 在 １０℃ 附近可以抑制温度的上升速度ꎬ 使到达舒适界 限 １５℃ 所需的时间ꎬ 相对于传统蒸发器的 １９ 秒ꎬ 延长到了 ２ 倍以上的 ５４ 秒ꎮ 接下来对整车状态下蓄冷空调的省油耗效果进行验证ꎮ 在走行模式 ＪＣ０８ 下针对蓄冷有无两种情况来计测整车的油 耗ꎮ 模拟夏季外气条件温度 ３０℃ 、 湿度 ５０％ 、 日射 ５００Ｗ / ｍ２ ꎬ 采用怠速停止时蒸发器后热敏传感器温度超过 １５℃ 发 动机再起动的控制策略进行测定ꎮ 然后根据 ＪＣ０８ 模式下的
ｈｉｃｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ａｒｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｄｌｅ￣ ｓｔａｒｔ￣ ｓｔｏｐ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｐｌｕｇ￣ ｉｎ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎꎬ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｂａｓｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ������ Ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒ￣ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｖｅｒｓｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｏｓｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ������ Ａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎꎬ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｆｒｅｓｈ / Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｕａｌ￣ ｌａｙｅｒ ＨＶＡＣ ｕｎｉｔ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ������
【 摘要】 本论文是适用于各种环保车空调最近新技术的内容ꎮ 近年ꎬ 世界范围内 ＣＯ２ 排放、 燃费等的限制更为严苛ꎬ 为了满足这些限制要求ꎬ 汽车厂家除了改善发动机的基本效率以外ꎬ 还加大了怠速起停车、 混合动力车、 插电式混合动力 车、 电动车等各种环保车的投入ꎮ 这些车辆种类对空调的机能、 性能也提出了各种各样要求ꎮ 作为各种机能实现的有效技术 手段ꎬ 本论文记载了蓄冷空调系统、 热泵系统及内外气 ２ 层 ＨＶＡＣ 单元内容ꎮ
模 式
试验时间 ( 秒)
停车时间 发动机停止时间 (秒)
( 秒)
有蓄冷 无蓄冷
ＪＣ０８ ( 实测)
１２０４
３５８
３３１
１７１
ＮＹＣＣ ( 估算)
６００
２２９
２２９
１１９
如上所述ꎬ 蓄冷空调的省油耗效果和车辆停止频度及时 间长短有关系ꎬ 如果停车时间和整个行驶时间的比值用停车 时间比率来表示的话ꎬ 停车比率和省油耗效果的估算结果如 图 ４ 所示ꎮ 从图上可以看出ꎬ 停车比率越多ꎬ 燃油降低效果 越明显ꎮ 特别是在交通流量大的区域ꎬ 这种效果更显著ꎮ 相 对停止比率较少的区域ꎬ 也有望能有少量的油耗降低ꎮ
１������ ２ 发动机停止时的制冷
传统车上ꎬ 发动 机 的 动 力 经 带 驱 动 压 缩 机 制 冷ꎬ ＨＶ、 ＰＨＶ、 ＥＶ 车因具有高压电路ꎬ 驱动内藏于电动压缩机的电 动机ꎬ 使之不受发动机状态限制可以独立运转ꎮ 这样ꎬ 在发 动机停止时ꎬ 电动压缩机也可以制冷ꎮ 另一方面ꎬ ＩＳＳ 车上 一般情况下没有高压电路ꎬ 在等红灯等发动机停止时ꎬ 就没 办法驱动压缩机了ꎮ 为了维持车室内的舒适性ꎬ 吹出口温度 到达一定值后ꎬ 必须再起动发动机ꎮ 这样ꎬ 有损于 ＩＳＳ 车降 低油耗的设计理念ꎮ 作为这个问题的对策ꎬ 下述的蓄冷空调 系统已得到了实用化ꎮ
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
面向环保汽车的空调最近新技术
韩国民１ꎬ 杨云２ꎬ 川久保３ꎬ 昌章３
１������ 电装 ( 中国) 投资有限公司上海技术中心乘用车空调技术部 ２������ 电装 ( 中国) 投资有限公司上海技术中心热性能开发部 ３������ 电装 ( 日本) 株式会社热系统开发部
１������ ３ 降低制冷热负荷
为了减少制冷量ꎬ 除了在 １������ １ 項所述的提高空调系统效
６６０
图 ３ 各模式下油费降低效果
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
构成 室内 ＨＶＡＣ 单元由制热时空气加热的室内冷凝 器、 制冷及除湿制热时空气冷却的蒸发器构成ꎮ 室外热交换 器具有制热时作为蒸发器、 制冷时作为冷凝器的功能ꎮ 各热 交换器前同时设置有节流阀及根据运转模式实现旁通功能的 旁通阀ꎮ 以下介绍各模式下的作动原理ꎮ
引 言
为了减少燃油消费、 ＣＯ２ 排 放ꎬ 除 了 提 高 发 动 机 效 率
外ꎬ 通过电动化降低发动机使用率ꎬ 是最近的车辆发展趋 势ꎮ 各种车辆的空调要求及适用技术汇总如表 １ꎮ 在车辆低 油耗发展的趋势下ꎬ 随着夏季空调燃油消耗比率的增加ꎬ 标 称油耗和实际油耗的偏差也会变大ꎮ 因此ꎬ 势必需要提高空
１ 制冷课题及其应用技术
省油耗计测结果ꎬ 估算 ＮＹＣＣ 模式下的省油耗效果ꎮ
１������ １ Ａ / Ｃ 系统效率改善
为了降低传统车、 ＩＳＳ 车、 ＨＶ 车的实际油耗ꎬ 空调系 统的高效率化很重要ꎬ 对 ＰＨＶ、 ＥＶ 来说ꎬ 延长蓄电池模式 下续航里程也很重要ꎮ 除了使压缩机、 热交换器等空调部品 的效率持续提高之外ꎬ 通过采用内部热交换器、 喷射器系统 等提高空调循环自身效率的技术也得到了实用ꎮ 内部热交换 器是通过冷凝器 ~ 膨胀阀间的高压液态冷媒和蒸发器 ~ 压缩 机间的低压气态冷媒间的热交换ꎬ 使制冷循环的效率得到提 高ꎮ 一般情况下ꎬ 内部热交换器为 ２ 重管构造ꎬ 具有利于搭 载的优点ꎮ 另一方面ꎬ 喷射器是一种流体泵ꎬ 把传统的膨胀 阀由涡流损失的膨胀能量回收加以有效利用ꎬ 从而使系统效 率得到提高ꎮ
图 ６ 制冷模式作动原理
< 除湿制热模式 > 除湿制热作动如图 ７ 所示ꎮ 除湿制热时制热用旁通阀由 于处于关闭状态ꎬ 经制热节流阀降压ꎮ 室外热交换器中冷媒 温度如果比外气温高就作为冷凝器ꎬ 比外气温低就作为蒸发 器作动ꎮ 然后通过制冷用节流阀进入蒸发器ꎬ 回到储液罐ꎮ 除湿制热运转模式时ꎬ 除使用压缩机外ꎬ 还用到室内冷凝 器、 室外热交换器、 蒸发器 ３ 个热交换器来控制除湿及再加 热能力ꎮ
２０１４ 中国汽车工程学会年会论文集
２０１４ＣＧ￣ ＶＥ０９１
６５９
ຫໍສະໝຸດ Baidu
调系统的效率ꎮ 另外ꎬ 随着车辆的低油耗导致废热减少ꎬ 冬 季为了补充空调制热能力ꎬ 有时需要增加辅助热源ꎮ 另外ꎬ 降低热负荷从而降低制冷制热能力ꎬ 也是一种有效的方法ꎮ 除此之外ꎬ 为了能减少发动机的使用率ꎬ 需要确保发动机停 止状态下制冷、 制热手段ꎮ 这些课题及其适用技术ꎬ 在以下 章节中叙述ꎮ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｉｄｌｅ￣ ｓｔａｒｔ￣ ｓｔｏｐꎬ ｈｙｂｒｉｄꎬ ｐｌｕｇ￣ ｉｎ ｈｙｂｒｉｄꎬ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍꎬ Ｆｒｅｓｈ / Ｒｅｃｉｒｃｕｌａ￣ ｔｉｏｎ ｄｕａｌ￣ ｌａｙｅｒ ＨＶＡＣ ｕｎｉｔ
图 ５ 制热模式作动原理
< 制冷模式 > 制冷作动如图 ６ 所示ꎮ 和制热一样ꎬ 虽然高温高压的冷 媒被送入室内冷凝器ꎬ 但因混合风门处于关断状态ꎬ 车室内 空气不会被加热ꎮ 冷媒之后由于旁通阀处于开通状态ꎬ 不经 过制热用节流阀而直接旁通进入室外热交换器ꎬ 向大气放然 后冷凝ꎮ 之后ꎬ 通过制冷用节流阀减压变成低温低压冷媒ꎬ 冷却车室内空气ꎮ
３������ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｒ＆Ｄ Ｄｉｖｉｓｉｏｎꎬ ＤＥＮＳＯ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｒｅｃｅｎｔ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ������ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＣＯ２ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｉｇｈｔｅｎｅｄ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ������ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｏｌｌｏｗ ｓｕｃｈ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓꎬ ｖｅ￣
ＰＨＶ 车大多数情况下以及 ＥＶ 车上ꎬ 因为发动机经常不 运转ꎬ 需要发动机废热以外的热源ꎮ 高电压 ＰＴＣ、 热泵系统 等相对来说具有较大制热能力的热源可以适用ꎮ 车辆要求的 制热所需能量和车辆行走所需的能量相当ꎬ 对续航距离影响 很大ꎬ 因此需要高效率的制热手段ꎮ 从理论上说ꎬ 热泵系统 的 ＣＯＰ 可以超过 １ꎬ 具体说明如下ꎮ
图 １ 蓄冷蒸发器基本构造
图 ２ 蓄冷蒸发器放冷时间
各模式下的停机时间和省油耗效果如表 １、 图 ３ 所示ꎮ 在 ＪＣ０８ 走行模式下进行整车试验ꎬ 通过延长发动机停机时 间ꎬ 可以取得 ５％ 省油耗效果ꎮ 另外ꎬ 在 ＮＹＣＣ 模式下估算 有 ７������ ４％ 的省油耗效果ꎮ
表 １ 各模式下发动机停止时间
< 制热模式 > 制热作动如图 ５ 所示ꎮ 压缩机吐出高温高压的气态冷 媒ꎬ 通过室内冷凝器向车室内放热而液化ꎮ 液化后的冷媒由 于旁通阀处于关闭状态ꎬ 经过制热用节流阀成为低温低压冷 媒ꎬ 通过室外热交换器从大气吸热ꎬ 之后通过储液罐实现气 液分离ꎬ 最终只有气态冷媒再次回到压缩机ꎮ
图 ４ 停车时间比率和省油率效果
【 关键词】 怠速起停ꎬ 混合动力ꎬ 插电式混合动力ꎬ 蓄冷空调系统ꎬ 热泵系统ꎬ 内外气 ２ 层 ＨＶＡＣ
Ｒｅｃｅｎｔ Ａｉｒ￣ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ￣ Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
Ｈａｎ Ｇｕｏｍｉｎ１ ꎬ Ｙａｎｇ Ｙｕｎ２ ꎬ Ｋａｗａｋｕｂｏ Ｍａｓａａｋｉ３ １������ ＤＥＮＳＯ ( ＣＨＩＮＡ) ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴ ＣＯ������ ꎬ ＬＴＤ������ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒꎬ ＣＡＲ Ａ / Ｃ ｄｅｐｔ ２������ ＤＥＮＳＯ ( ＣＨＩＮＡ) ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴ ＣＯ������ ꎬ ＬＴＤ������ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ Ｒ＆Ｄ ｄｅｐｔ
率外ꎬ 降低热负荷ꎬ 即降低制冷性能的要求也很重要ꎮ 具体 来讲ꎬ 针对需要降温乘员的集中空调系统、 通过乘员直接接 触的座椅快速降温等ꎬ 均有较好的效果ꎮ
２ 制热课题及应用技术
２������ １ 热源不足
传统车上发动机冷却液由发动机废热加热ꎬ 进入 ＨＶＡＣ 的加热芯ꎬ 加热车室内的空气ꎮ 然而ꎬ 随着发动机效率提 高ꎬ 可能会导致制热不足ꎮ 这种情况下ꎬ 低电压 ＰＴＣ 加热 器等辅助热源、 或者和制冷同样需要采用集中制热等手段来 降低热负荷ꎮ
● 热泵系统 原理 制冷循环中ꎬ 从压缩机吐出的高温高压的冷媒通 过冷凝器进行放热 (空气被加热)ꎬ 节流后成为低温低压的 冷媒ꎬ 通过蒸发器从空气吸热 (空气被冷却)ꎬ 再次回到压 缩机构成制冷循环ꎮ 通过阀的切换ꎬ 使夏季车室内为蒸发 器、 车室外为冷凝器而冷却车室内空气ꎬ 而冬季使车室内为 冷凝器、 车室外为蒸发器来加热车室内空气ꎬ 这就是热泵系 统的原理ꎮ 制热运转时ꎬ 除了压缩机做功外ꎬ 室外机还能从 大气吸收的热能向室内放热ꎬ 能得到压缩机消耗动力以上的 制热能力ꎮ
● 蓄冷空调系统 原理 发动机使用时通过蓄冷材储存冷量ꎬ 发动机停止 时释放冷量ꎬ 不仅能维持车室内的舒适性ꎬ 而且可以延长发 动机的停止时间ꎮ 蓄冷量是根据 ２８℃ 时能维持约 １ 分钟的 冷气来设计的ꎬ 能满足大多数车辆等红灯停车时的需求ꎮ 构造 蓄冷空调系统中ꎬ 传统蒸发器由蓄冷蒸发器所代 替ꎬ 传统蒸发器是由很多扁平铝管及波浪形翅片交互排列构 成ꎬ 而蓄冷蒸发器如图 １ 所示ꎬ 部分翅片用装有蓄冷材的密 闭容积体代替ꎬ 这种构造比较简单ꎬ 有和传统蒸发器互换搭 载的优点ꎮ 效果 图 ２ 表示了发动机停止后的吹出口温度同传统蒸 发器和蓄冷蒸发器的比较结果ꎮ 蓄冷蒸发器由于蓄冷材的效 果ꎬ 在 １０℃ 附近可以抑制温度的上升速度ꎬ 使到达舒适界 限 １５℃ 所需的时间ꎬ 相对于传统蒸发器的 １９ 秒ꎬ 延长到了 ２ 倍以上的 ５４ 秒ꎮ 接下来对整车状态下蓄冷空调的省油耗效果进行验证ꎮ 在走行模式 ＪＣ０８ 下针对蓄冷有无两种情况来计测整车的油 耗ꎮ 模拟夏季外气条件温度 ３０℃ 、 湿度 ５０％ 、 日射 ５００Ｗ / ｍ２ ꎬ 采用怠速停止时蒸发器后热敏传感器温度超过 １５℃ 发 动机再起动的控制策略进行测定ꎮ 然后根据 ＪＣ０８ 模式下的
ｈｉｃｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ａｒｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｄｌｅ￣ ｓｔａｒｔ￣ ｓｔｏｐ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｐｌｕｇ￣ ｉｎ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅꎬ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎꎬ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｂａｓｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ������ Ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒ￣ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｖｅｒｓｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｏｓｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ������ Ａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎꎬ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｆｒｅｓｈ / Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｕａｌ￣ ｌａｙｅｒ ＨＶＡＣ ｕｎｉｔ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ������
【 摘要】 本论文是适用于各种环保车空调最近新技术的内容ꎮ 近年ꎬ 世界范围内 ＣＯ２ 排放、 燃费等的限制更为严苛ꎬ 为了满足这些限制要求ꎬ 汽车厂家除了改善发动机的基本效率以外ꎬ 还加大了怠速起停车、 混合动力车、 插电式混合动力 车、 电动车等各种环保车的投入ꎮ 这些车辆种类对空调的机能、 性能也提出了各种各样要求ꎮ 作为各种机能实现的有效技术 手段ꎬ 本论文记载了蓄冷空调系统、 热泵系统及内外气 ２ 层 ＨＶＡＣ 单元内容ꎮ
模 式
试验时间 ( 秒)
停车时间 发动机停止时间 (秒)
( 秒)
有蓄冷 无蓄冷
ＪＣ０８ ( 实测)
１２０４
３５８
３３１
１７１
ＮＹＣＣ ( 估算)
６００
２２９
２２９
１１９
如上所述ꎬ 蓄冷空调的省油耗效果和车辆停止频度及时 间长短有关系ꎬ 如果停车时间和整个行驶时间的比值用停车 时间比率来表示的话ꎬ 停车比率和省油耗效果的估算结果如 图 ４ 所示ꎮ 从图上可以看出ꎬ 停车比率越多ꎬ 燃油降低效果 越明显ꎮ 特别是在交通流量大的区域ꎬ 这种效果更显著ꎮ 相 对停止比率较少的区域ꎬ 也有望能有少量的油耗降低ꎮ
１������ ２ 发动机停止时的制冷
传统车上ꎬ 发动 机 的 动 力 经 带 驱 动 压 缩 机 制 冷ꎬ ＨＶ、 ＰＨＶ、 ＥＶ 车因具有高压电路ꎬ 驱动内藏于电动压缩机的电 动机ꎬ 使之不受发动机状态限制可以独立运转ꎮ 这样ꎬ 在发 动机停止时ꎬ 电动压缩机也可以制冷ꎮ 另一方面ꎬ ＩＳＳ 车上 一般情况下没有高压电路ꎬ 在等红灯等发动机停止时ꎬ 就没 办法驱动压缩机了ꎮ 为了维持车室内的舒适性ꎬ 吹出口温度 到达一定值后ꎬ 必须再起动发动机ꎮ 这样ꎬ 有损于 ＩＳＳ 车降 低油耗的设计理念ꎮ 作为这个问题的对策ꎬ 下述的蓄冷空调 系统已得到了实用化ꎮ