汽车空调系统匹配分析

汽车空调系统匹配分析
目 录
1 范围 (1)
2 规范性引用文件 (1)
3 术语和定义 (1)
3.1汽车空调系统 (1)
3.2环境温度 (1)
3.3制冷剂 (1)
3.4送风量 (1)
3.5冷却装置 (1)
3.6带风机的冷凝器 (1)
3.7制冷系统 (1)
3.8制冷装置 (1)
3.9干燥剂 (2)
3.10贮液干燥器 (2)
3.11额定制冷量 (2)
3.12风机 (2)
4 技术要求 (2)
4.1计算思路 (2)
4.2发动机与压缩机匹配计算 (2)
4.3发动机与压缩机匹配计算 (5)
4.4发动机与压缩机匹配计算 (8)
空调系统匹配分析规范
1 范围
本标准规定了空调系统匹配分析的基本要求。

2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。

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QC/T 720-2004 汽车空调术语
QC/T 806—2008 汽车空调压缩机用电磁离合器技术条件
GB/T 21360—2008 汽车空调用制冷剂压缩机
QC/T 656-2000 汽车空调制冷装置性能要求
QC/T 833—2010 汽车空调用压力安全阀技术条件
QC/T 834—2010 汽车空调斜板式变排量压缩机总成技术条件
GB/T 22068—2008 汽车空调用电动压缩机总成
JB 4330-1986 制冷与空调设备噪声声功率级的测定工程法
3 术语和定义
3.1汽车空调系统
由暖气装置、制冷装置、通风装置、空气净化装置和加湿装置中的一个或多个部件以及必要的控制部件等构成，用于调节乘员舱内空气的温度、湿度、洁净度，并使其以一定速度在乘员舱内定向流动和分配，从而给驾驶员和乘客提供舒适的环境及新鲜的空气的系统。

额定制冷量。

3.2环境温度
除本标准有特殊规定外，试验的环境温度一般为10℃～35℃。

3.3制冷剂
制冷剂选用HFC-134a，根据设计要求选用相应的润滑油。

3.4送风量
测量制冷量时通过蒸发器的送风量。

3.5冷却装置
由蒸发器和风机组成，或由风机、蒸发器及加热器组成的装置。

3.6带风机的冷凝器
由冷凝器和风机（包括护风圈）组成的装置。

3.7制冷系统
用于降低车厢内温度的制冷装置及其配套设备的总称。

3.8制冷装置
由压缩机、冷凝器、贮液干燥器或液气分离器、节流元件、蒸发器、制冷剂管路等构成，将车室内的热量传递给室外环境的装置。

3.9干燥剂
用于收集和容纳水分的固体吸附剂，在制冷循环中，干燥剂应与制冷剂、冷冻润滑油相容。

3.10贮液干燥器
贮液干燥器是一种装有干燥剂、过滤器等，用于收集循环于系统中的制冷剂中所含过量的水分并贮存高压液态制冷剂的容器。

3.11额定制冷量
空调装置在规定的试验条件和试验设备下运行.达到稳定状态时，单位时间内蒸发器从空气中吸收的热量。

3.12风机
由电机、风叶和外壳组成的空气驱动组件。

4 技术要求
4.1 计算思路
通过热力计算，了解所选的压缩机制冷能力是否与系统匹配、压缩机传动比是否合适，所需消耗功率是否与发动机功率相配、系统需配备多大换热量的冷凝器。

先算出与压缩机制冷能力相匹配的冷凝器换热量，再分析要达到设计要求的制冷量应配备多大的冷凝器。

4.2 KL-F119发动机与KF-JD10压缩机匹配计算
4.2.1计算条件
1)D52是4门9座乘用车，车厢容积约为V≈6.23m3。

确定采用建设KF-JD10压缩机，其皮带轮直径为110mm。

从建设KF-JD10压缩机特性参数上查得：
p排 = 1.5 MpaG
P吸 = 0.3MpaG
蒸发器过热度10℃
冷凝器过冷度5℃
2)计算将符合国家标准 QC/T656-2000, QC/T657-2000, QC/T658-2000 的规定。

综合分析，确定匹配计算的工况条件为： 汽车行驶车速为40 km/h（汽车变速排档为第四档或第三档）。

3)根据车身热平衡计算，需配置的系统制冷能力应不小于6.45kw。

其设计工况是：气温 38℃
太阳辐射强度 1000w/m2
车速 40 km/h
车内降温到28℃
4) 不考虑制冷管路压力损失。

4.2.2 压缩机选型计算 1) 匹配参数计算
2) 根据建设KF-JD10压缩机的性能曲线，
查得：压缩机转速 n = 3000rpm 时，
压缩机功耗 Ne = 3.4kw，
制冷能力 Q ０ = 6.788kw
4.2.3 压缩机选用结论
压缩机功耗占发动机输出功率 ≤3.4/24.4≈14％，此功耗比例是允许的，可以匹配。

4.2.4 热力计算
1) 确定基本制冷循环压焓图中各状态点参数 A. 由建设KF-JD10压缩机特性参数上可得：
蒸发温度0.67℃ 蒸发压力 0.3MpaG 冷凝温度55.2℃ 冷凝压力1.45 MpaG 蒸发器过热度10℃ 冷凝器过冷度5℃ 通过参数可得制冷循环压焓图
项目
单位 数值 压缩机皮带轮直径 mm 110
发动机皮带轮直径 mm 130 发动机/压缩机传动比 1.17 汽车行驶速度 Km/h 40 主减速比 3.91 车轮滚动半径 m 0.312 三档变速器速比 1.792 发动机转速（三档） rpm 2383
压缩机转速 rpm 2786 四档变速器速比 1.226 发动机转速（四档） rpm 1630 压缩机转速 rpm 1906 压缩机平均转速
rpm 2346 KL-F119发动机3档时40km/h 的输出功率
Kw
24.4
制冷循环压焓图
B. 基本制冷循环压焓图中各状态点参数表
2) 单位制冷量q 0
q 0 ＝ h 1′－h 5
＝ 403-271 = 132 kj/kg
3) 压缩机实际排气质量流量G
G ＝ Q ０ / q 0
＝( 6.788/132)×3600 ＝ 185kg/h
4) 冷凝器换热能力Q k
Q k = G×(h 2- h 4)
= 185×(428-271)
状态点 温度t（℃） 压力p (MpaA) 焓h(kj/kg)
1 0.67 0.3 397 1′ 10.67 0.3 403
2 70.85 1.45 428
3 55.2 1.45 42
4 4 50.2 1.4
5 271 5 0.67 0.3
271
1
3
2
1′
4
5
= 29045kj/h
= 29045×2.78×10-4
kw
= 8.1kw
5)制冷系数ε
ε = Q０ / Ne
= 6.788/3.4
= 2.0
6)换热器负荷比
Q０ : Q k = 6.788: 8.1
= 1 : 1.2
4.2.5匹配分析
1)发动机与空调压缩机传动比为 1.17，发动机转速为2600转左右时，压缩机转速为
3000rpm，建设KF-JD10压缩机最大可匹配6.788kw制冷量的系统，根据车身热平衡计算结果，本车制冷系统的制冷能力在6.45kw左右，因此建设KF-JD10压缩机在转速为3000转时制冷能力理论上能够满足本车需要。

2)计算所得换热器负荷比为1 : 1.2，由于计算时对于工质流动阻力、外表面污垢热阻等
因素是忽略不计的，考虑到这些因素，汽车空调上一般换热器负荷比选1:1.8 ～1:2左右，即冷凝器换热能力应在12.2kw～13.6kw左右。

4.3C191-WY发动机与KF-JD10压缩机匹配计算
4.3.1计算条件
1)D52是4门9座乘用车，车厢容积约为V≈6.23m3。

根据现有选型资料采用建设KF-JD10压缩机，其皮带轮直径为100mm。

从建设KF-JD10压缩机参数上查得：
p排 = 1.47 MpaG，
P吸 = 0.2MpaG，
蒸发器过热度10℃，
冷凝器过冷度5℃
2)计算将符合国家标准 QC/T656-2000, QC/T657-2000, QC/T658-2000 的规定。

综合分析，确定匹配计算的工况条件为： 汽车行驶车速为40 km/h（汽车变速排档为第四档或第三档）。

3)根据车身热平衡计算，需配置的系统制冷能力应不小于6.45 kw。

其设计工况是：气温 38℃
太阳辐射强度 1000w/m
2
车速 40 km/h
车内降温到28℃
4) 不考虑制冷管路压力损失。

4.3.2 压缩机选型计算 1) 匹配参数计算
2) 根据建设KF-JD10压缩机的性能曲线，
查得：压缩机转速 n = 3000rpm 时，
压缩机功耗 Ne =3.4kw， 制冷能力 Q ０ = 6.788kw
3) 压缩机选用结论：
压缩机功耗占发动机输出功率 ≤3.4/24.5≈13.8％，此功耗比例是允许的，可以匹配。

4.3.3 热力计算
1) 确定基本制冷循环压焓图中各状态点参数 A. 由建设KF-JD10压缩机特性参数上可得：
蒸发温度0.67℃， 蒸发压力 0.3MpaG， 冷凝温度55.2℃， 冷凝压力1.45 MpaG， 蒸发器过热度10℃， 冷凝器过冷度5℃ 通过参数可得制冷循环压焓图
项目
单位 数值 压缩机皮带轮直径 mm 100 发动机皮带轮直径 mm 117 发动机/压缩机传动比 1.17 汽车行驶速度 Km/h 40 主减速比 5.125 车轮滚动半径 m 0.312 三档变速器速比 1.339 发动机转速（三档） rpm 2334 压缩机转速 rpm 2730 四档变速器速比 1 发动机转速（四档） rpm 1743 压缩机转速 rpm 2039 压缩机平均转速
rpm 2385 C191-WY 发动机3档时40km/h 的输出功率
Kw
24.5
制冷循环压焓图
B. 基本制冷循环压焓图中各状态点参数表
2) 单位制冷量q 0
q 0 ＝ h 1′－h 5
＝ 403-271 = 132 kj/kg
3) 压缩机实际排气质量流量G
G ＝ Q ０ / q 0
＝( 6.788/132)×3600 ＝ 185kg/h
4) 冷凝器换热能力Q k
Q k = G×(h 2- h 4)
= 185×(428-271)
状态点 温度t（℃）
压力p (MpaA)
焓h(kj/kg)
1 0.67 0.3 397 1′ 10.67 0.3 403
2 70.85 1.45 428
3 55.2 1.45 42
4 4 50.2 1.4
5 271 5
0.67
0.3
271
1
3 2
1′
4
5
= 29045kj/h
= 29045×2.78×10-4 kw
= 8.1kw 5)制冷系数ε
ε = Q
０
/ Ne
= 6.788/3.4
= 2.0
6)换热器负荷比
Q
０ : Q
k
= 6.788: 8.1
= 1 : 1.2
4.3.4匹配分析
1)发动机与空调压缩机传动比为 1.17，发动机转速为2500转左右时，压缩机转速为3000rpm，建设KF-JD10压缩机最大可匹配6.788kw制冷量的系统，根据车身热平衡计算结果，本车制冷系统的制冷能力在6.45kw左右，因此建设KF-JD10压缩机在转速为3000转时制冷能力理论上能够满足本车需要。

2)计算所得换热器负荷比为1 : 1.2，由于计算时对于工质流动阻力、外表面污垢热阻等因素是忽略不计的，考虑到这些因素，汽车空调上一般换热器负荷比选1:1.8 ～1:2左右，即冷凝器换热能力应在12.2kw～13.6kw左右。

4.4C191-WY-02和C191-WY-06发动机与KF-JD10压缩机匹配计算
4.4.1计算条件
1)D52是4门9座乘用车，车厢容积约为V≈6.23m3。

根据现有选型资料选用建设KF-JD10压缩机，其皮带轮直径为100mm。

从建设KF-JD10压缩机参数上查得：
p排 = 1.47 MpaG，
P吸 = 0.2MpaG，
蒸发器过热度10℃，
冷凝器过冷度5℃
2)计算将符合国家标准 QC/T656-2000, QC/T657-2000, QC/T658-2000 的规定。

综合分析，确定匹配计算的工况条件为：汽车行驶车速为40 km/h（汽车变速排档为第四档或第三档）。

3)根据车身热平衡计算，需配置的系统制冷能力应不小于6.45 kw。

其设计工况是：气温 38℃
太阳辐射强度 1000w/m2
车速 40 km/h
车内降温到28℃
4) 不考虑制冷管路压力损失。

4.4.2 压缩机的选型计算 1) 匹配参数计算
2) 根据建设KF-JD10压缩机的性能曲线，
查得：压缩机转速 n = 3000rpm 时，
压缩机功耗 Ne = 3.4kw， 制冷能力 Q ０ = 6.788kw
3) 压缩机选用结论：
压缩机功耗占发动机输出功率 ≤3.4/24.5≈13.8％，此功耗比例是允许的，可以匹配。

4.4.3 热力计算
1) 确定基本制冷循环压焓图中各状态点参数 A. 由建设KF-JD10压缩机特性参数上可得：
蒸发温度0.67℃， 蒸发压力 0.3MpaG， 冷凝温度55.2℃， 冷凝压力1.45 MpaG， 蒸发器过热度10℃， 冷凝器过冷度5℃ 通过参数可得制冷循环压焓图
项目
单位 数值 压缩机皮带轮直径 mm 100 发动机皮带轮直径 mm 130 发动机/压缩机传动比 1.3 汽车行驶速度 Km/h 40 主减速比 3.73 车轮滚动半径 m 0.312 三档变速器速比 1.675 发动机转速（三档） rpm 2125 压缩机转速 rpm 2762 四档变速器速比 1.226 发动机转速（四档） rpm 1555 压缩机转速 rpm 2022 压缩机平均转速
rpm 2392 CK14发动机3档时40km/h 的输出功率
Kw
24.5
制冷循环压焓图
B. 基本制冷循环压焓图中各状态点参数表
2) 单位制冷量q 0
q 0 ＝ h 1′－h 5
＝ 403-271 = 132 kj/kg
3) 压缩机实际排气质量流量G
G ＝ Q ０ / q 0
＝( 6.788/132)×3600 ＝ 185kg/h
4) 冷凝器换热能力Q k
Q k = G×(h 2- h 4)
= 185×(428-271) = 29045kj/h
状态点 温度t（℃）
压力p (MpaA)
焓h(kj/kg)
1 0.67 0.3 397 1′ 10.67 0.3 403
2 70.85 1.45 428
3 55.2 1.45 42
4 4 50.2 1.4
5 271 5
0.67
0.3
271
1
2
3 4
5
= 29045×2.78×10-4
kw
= 8.1kw
5)制冷系数ε
ε = Q０ / Ne
= 6.788/3.4
= 2.0
6)换热器负荷比
Q０ : Q k = 6.788: 8.1
= 1 : 1.2
4.4.4匹配分析
1)发动机与空调压缩机传动比为 1.3，发动机转速为2300转左右时，压缩机转速为3000rpm，建设KF-JD10压缩机最大可匹配6.788kw制冷量的系统，根据车身热平衡计算结果，本车制冷系统的制冷能力在6.45kw左右，因此建设KF-JD10压缩机在转速为3000转时制冷能力理论上能够满足本车需要。

2)计算所得换热器负荷比为1 : 1.2，由于计算时对于工质流动阻力、外表面污垢热阻等因素是忽略不计的，考虑到这些因素，汽车空调上一般换热器负荷比选1:1.8 ～1:2左右，即冷凝器换热能力应在12.2kw～13.6kw左右。