摘要：為了解決變排量壓縮機汽車(chē)空調系統振蕩和蒸發(fā)器結霜問(wèn)題，對該系統穩態(tài)特性進(jìn)行分析。建立了變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統穩態(tài)模型，模擬結果與試驗數據吻合較好。系統存在變排量壓縮機定轉速定行程、變轉速定行程、定轉速變行程和變轉速變行程四種運行方式，本文對四種方式下汽車(chē)空調制冷系統的穩態(tài)特性進(jìn)行了分析。研究首次發(fā)現，在變活塞行程情況下，與定行程方式下性能參數一一對應關(guān)系不同，蒸發(fā)壓力、制冷量等系統參數表現為多值對應關(guān)系，系統存在“性能帶”，可使蒸發(fā)壓力保持在一個(gè)較小的范圍內變化。變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統性能帶的發(fā)現和提出，豐富和發(fā)展了制冷系統特性分析理論。

　　關(guān)鍵詞：性能帶 變排量壓縮機 汽車(chē)空調 穩態(tài)特性

　　1、前言

　　汽車(chē)空調系統的無(wú)級變排量搖板式壓縮機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)變排量壓縮機）摒棄了傳統的離合器啟閉壓縮機調節方式，可以根據車(chē)內負荷變化改變搖板角度和活塞行程，實(shí)現了汽車(chē)空調系統連續運行，不會(huì )引起汽車(chē)發(fā)動(dòng)機周期性的負荷變化，車(chē)內環(huán)境熱舒適性好，降低能耗，節約燃油[1，2].但是在由變排量壓縮機和熱力膨脹閥組成的汽車(chē)空調制冷系統會(huì )出現系統振蕩[3，4]和蒸發(fā)器結霜現象，為了解決這些問(wèn)題，必須對系統的穩態(tài)特性進(jìn)行分析。

　　只有很少研究者對變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統特性進(jìn)行過(guò)分析。Inoue等人[3]在對汽車(chē)空調制冷系統中七缸變排量壓縮機和熱力膨脹閥的匹配問(wèn)題進(jìn)行了試驗研究，但是沒(méi)有理論分析。Lee等人[5]對變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統的穩態(tài)特性進(jìn)行了試驗研究和理論分析，但是認為在變活塞行程情況下參數是一一對應關(guān)系。

　　本文在變排量壓縮機穩態(tài)模型基礎上，建立變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統穩態(tài)模型并進(jìn)行試驗驗證，然后對系統特性進(jìn)行分析。

　　2、系統穩態(tài)

　　模型變排量壓縮機汽車(chē)空調系統由變排量壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和儲液干燥器、熱力膨脹閥以及連接管道組成，制冷劑采用R134a.為簡(jiǎn)化模型，忽略各連接管道的壓力損失和熱損失。與定排量壓縮機汽車(chē)空調系統最大的不同是變排量壓縮機，所以重點(diǎn)介紹變排量壓縮機模型建立。

　　2.1 變排量壓縮機模型

　　本文研究的壓縮機為五缸變排量搖板式壓縮機，其排量可以在每轉10cm3到156 cm3范圍內無(wú)級變化。根據變排量壓縮機的控制機理和結構特點(diǎn)，圖1給出了壓縮機模型關(guān)系圖。首先建立控制閥數學(xué)模型從而確定搖板箱壓力Pw隨排氣壓力Pd和吸氣壓力Ps的變化規律，然后建立壓縮機運動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)模型確定活塞行程Sp與排氣壓力、吸氣壓力、搖板箱壓力和壓縮機轉速Nc的關(guān)系，再通過(guò)壓縮過(guò)程模型由排氣壓力、吸氣壓力、吸氣溫度、活塞行程和壓縮機轉速來(lái)確定壓縮機制冷劑流量Mr和排氣溫度，這樣以上三個(gè)模型就組成了變排量壓縮機的穩態(tài)模型。

　　2.2 其它部件模型

　　本文研究的蒸發(fā)器為四通道五列管片式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器長(cháng)0.2625m， 高0.228m，厚0.084m， 外表面傳熱面積5.5m2.蒸發(fā)器穩態(tài)模型采用集總參數法，將蒸發(fā)器分為兩相區和過(guò)熱區兩個(gè)區域。

　　考慮到汽車(chē)空調部件組成特點(diǎn)和求解方便，將冷凝器和儲液干燥器組合在一起，儲液干燥器作為冷凝器過(guò)冷區的一部分。本文研究的冷凝器為平行流冷凝器，傳熱管為多孔矩形通道扁管，13/9/7/5通道分布，冷凝器長(cháng)0.35m，高0.56m，厚0.02m，外表面傳熱面積5.58m².冷凝器穩態(tài)模型采用集總參數法，將冷凝器分為過(guò)熱區、兩相區和過(guò)冷區三個(gè)區域。

　　熱力膨脹閥為交叉充注吸附式H型球型快開(kāi)閥，公稱(chēng)容量為2冷噸。通過(guò)熱力膨脹閥閥桿受力方程得出閥開(kāi)度，采用熱力膨脹閥流量計算公式計算流經(jīng)熱力膨脹閥的制冷劑流量。

　　將變排量壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和儲液干燥器和熱力膨脹閥四個(gè)部件穩態(tài)模型按照部件進(jìn)出口參數關(guān)系有機結合，就組成了變排量壓縮機汽車(chē)空調制冷系統穩態(tài)模型。

　　2.3 系統穩態(tài)模型驗證

　　可以看出，行程減小時(shí)臨界蒸發(fā)壓力和臨界空調負荷的計算值和試驗點(diǎn)吻合較好，行程增大時(shí)臨界蒸發(fā)壓力的試驗值稍小于計算值，臨界空調負荷的試驗值稍大于計算值�？傮w來(lái)說(shuō)，模擬計算和試驗數據吻合較好。