空调-高效空调测评及降油耗-常贺

汽车工程研究院高效空调测评及降低油耗解决方案中国汽车技术研究中心汽车工程研究院汽车工程研究院内容提要一．车辆空调油耗的现状二．欧美车辆空调油耗的测试方法三．CATARC车辆空调油耗测试方法四．CATARC车辆空调油耗试验研究五．应用同轴管技术降低油耗方案汽车工程研究院一、目前现状空调系统是汽车附件里油耗最显著的一项影响因素，空调的使用也是引起的实际车辆油耗增加的主要原因。缺乏针对空调对汽车能耗和排放影响的评价测试方法。目前在中国法规认证的油耗和排放测试，都是在车辆空调关闭状态下进行的，这造成了车辆认证时与实际行驶时油耗的差异较大。因此必须制定和研究科学、合理和完善的车辆空调油耗评价方法，才能加快推进汽车空调性能提升及先进技术的应用。汽车工程研究院二、欧美车辆空调油耗的测试方法美、欧国家相继提出了空调油耗的测试方法，即从整车油耗和CO2排放层面着眼的空调测试评价技术和法规。主要测试方法有：SC03（美国联邦补充测试SFTP中空调测试）AC17（美国空调排放测试）MACTP（污染和能源工作组GRPE中，汽车空调测试）汽车工程研究院2.1美国标准与欧洲标准的比较测试方面差别有：速度曲线AC17采用动态的车速循环曲线，表征了汽车实际应用的速度状况，而MACTP采用了三个代表性的速度恒速运行，相应地对挡位有明确要求。光照条件AC17测试里部分时段开光照；MACTP不开光照；循环模式车辆在AC17测试里设定在内循环，而在MACTP里设定在外循环。制冷模式AC17的空调出风量及成员舱目标温度设定为最强制冷，最大风量，结果不适合直接代表空调系统实际应用状况下的油耗。试验结果处理AC17测得的数据作简单换算即可得最终数值，而MACTP测得的数据要经过多层次的校正计算后才能得到最终数值。汽车工程研究院2.2SC03测试方法介绍高温35℃，40%相对湿度，850W/m2光照预处理+10分钟浸车空调设置内循环，温度设置为最低档（自动系统设置在22.2℃），最大风量时长9.9min，里程5.8km，速度曲线SC03和AC17的速度曲线MACTP的速度曲线汽车工程研究院三、CATARC车辆空调油耗测试方法研究欧美等国家和地区的汽车空调测试程序，结合我们不同地区的环境温度状况的调查和分析，CATARC制定车辆空调油耗测试方法。总体过程：车辆准备、预处理、浸车、工况试验、数据分析进行试验过程车辆准备预处理90km/h浸车工况试验（开空调）数据分析预处理90km/h工况试验（关空调）数据分析时间30min20min30min20min（NEDC）—20min20min（NEDC）—车窗OPENCLOSECLOSECLOSECLOSECLOSECLOSECLOSE空调OFFOFFOFFONOFFOFFOFFOFF光照OFFOFFONONOFFOFFOFFOFF冷却风扇OFF跟随车速跟随车速跟随车速OFF跟随车速跟随车速OFF车辆状态OFFONONONOFFONONOFF汽车工程研究院四、CATARC车辆空调油耗试验研究车辆信息某1.8L车型，CVT,自动空调测评温度评价要求测量点温度不超过22℃；试验条件及工况工况温度（℃）湿度（%）光照（W/m2）次数NEDC255085013050850335508501汽车工程研究院四、CATARC车辆空调油耗试验研究空调设定只开启车前部出风口、后排出风口关闭。全部采用内循环。自动空调：风量自动，温度设定22℃。出风口方向：垂直于仪表板方向车内温度测点位置1、中央点温度（主副驾头枕连接线中心下5cm）2、主副驾呼吸点温度3、主副驾头枕上端50mm以下位置汽车工程研究院试验结果分析环境温度（℃）FE-ACON(L/100km)FE-ACOFF(L/100km)257.4896.043307.7506.038307.7496.021307.8345.999358.0995.960试验结果主要关注两方面：油耗、制冷性能其中30℃为了观察试验数据的一致性，特别试验3次30℃条件下，空调开关情况油耗相差1.7此外，关注环境温度、测点位置对制冷性能的影响汽车工程研究院4.1温度、车速对空调油耗的影响0%10%20%30%40%50%60%70%25℃30℃35℃ACon-off燃油差（%）温度（℃）ACon-off燃油差（%）=油耗差(ACon–ACoff)/油耗(ACoff)综合工况城市工况高速工况汽车工程研究院4.2呼吸点平均温度与中心点温度比较试验环境25℃汽车工程研究院4.3呼吸点平均温度与中心点温度比较试验环境30℃汽车工程研究院4.4呼吸点平均温度与中心点温度比较试验环境35℃汽车工程研究院4.5呼吸点平均温度与中心点温度比较NEDC工况环境温度(℃）各呼吸点平均温度（℃）中央点平均温度（℃）差值（℃）2523.721.723024.122.31.83527.625.71.9不同环境温度下，呼吸点的温度略高于中心点的温度汽车工程研究院4.5结论车辆行驶速度对空调油耗有影响环境温度对空调油耗有影响达到某一车内的平均温度时，环境温度越高，空调的油耗越大；不同车内测点位置的温度测量有差别车内呼吸点的平均温度比中央点的测量温度约高2℃。汽车工程研究院五、应用同轴管技术降低油耗方案空调系统是汽车附件里油耗最显著的一项影响因素，类似研究数据表明，空调油耗占车辆总油耗的5%；汽车空调进行性能改进是降低汽车空调能耗和环境影响的有效方法；因此在原有空调系统中增设回热器（同轴管）就是一种较为简单有效的手段。汽车工程研究院5.1回热循环理论分析空调系统工作过程中低压管路中制冷剂刚从蒸发器出来温度较低要从环境中吸热；空调高压管路高温高压制冷剂需散热来提高制冷性能；因此，高、低压管结合为一根管路后，通过高、低压管在工作过程双壁管内进行热交换，增加膨胀阀入口冷媒的过冷度，提高制冷性能。提高的制冷性能汽车工程研究院5.2技术路线采用一维与三维建模联合仿真计算，具体工作内容如下：1、构建原空调系统一维模型根据具体车型的空调结构及参数，构建一维仿真模型并通过试验标定，得到制冷量和压缩机功率对标值。2、对同轴管单体进行三维仿真计算计算同轴管内工质温度及压力的改变值；分析不同结构对单体性能的影响。3、构建新空调系统一维模型基于同轴管单体的CFD计算结果，构建新空调系统的一维仿真模型。获得新的空调制冷量和压缩机的功率值。同时化压缩机的工作状态，匹配出高效节能的空调系统，形成相应的替代方案。4、项目技术难点同轴管CFD仿真计算结果的准确性；试验中温度、压力和流量测量的准确性。汽车工程研究院5.3原空调系统一维建模汽车空调部件建模的具体参数：压缩机结构形式、容积效率和等熵效率；膨胀阀结构形式和四象限工作参数；冷凝器、蒸发器结构尺寸及试验数据；储液器及高低压管路结构形式及尺寸参数回热管（同轴管）结构形式及尺寸参数汽车工程研究院5.4原空调系统一维计算一维计算条件：环境温度：30℃环境湿度：50%日照条件：850W/m2空调内循环，鼓风机最大风量一维计算车辆工况稳态：怠速、40、60km/h瞬态：NEDC循环一维计算结果温度、压力、流量、COP等压缩机冷凝器蒸发器汽车工程研究院5.5原空调一维模型标定通过空调系统试验验证，得到相应的制冷量和压缩机的功；根据系统风洞试验数据对模型进行修正。采用KULI软件，根据对应工况计算一维模型标定后的空调系统的制冷能力；汽车工程研究院5.6回热器单体CFD计算回热器单体性能的影响因素肋片数量管长度管弯头半径连接方式(螺纹、快插连接)回热器单体模型化简细化空调同轴管的具体结构，将其三维几何模型导入HyperMesh中用软件清理CAD几何，生成流场表面网格。汽车工程研究院5.7回热器单体CFD计算回热器单体CFD计算说明回热器内外管内的R134a流体（气、液态），视为不可压缩流体；边界条件由一维计算结果输入；针对具体流动过程的微结构，采用湍流模型进行求解；计算结果（FLUENT软件）液态的R134a被冷却后进入膨胀阀前的温度和压力；蒸汽态的R134a被加热后进入压缩机前的温度和压力；汽车工程研究院5.8新空调系统一维建模计算根据三维仿真计算得到采用同轴管技术后新的系统温度和压力值，建立一维仿真模型，获得新系统的制冷量和压缩机的功率，并与原空调系统的性能参数比较即采用回热循环后COP增加与否，确定新旧系统的性能改进幅值。汽车工程研究院5.9新空调系统一维计算优化压缩机选型匹配压缩机转速优化压缩机排量优化新空调系统性能目标综合考虑同轴管技术和压缩机容积排量、转速等结构和运行参数，构建高效节能的空调系统（制冷性能不低于原系统），形成空调系统的结构替代。汽车工程研究院谢谢大家聆听！