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汽车蒸发器结冰控制方法

2022-05-23 20:26:41

文章针对某车型汽车,对其所产生的蒸发器结冰现象通过道路试验进行复现,并据此研究蒸发器结冰的控制方法。试验发现蒸发器结冰与温控器的位置及温控器的设定参数有关。在道路试验过程中,通过改变温控器的位置及参数设置,并同时采集空调系统相关数据,选取Z为合适的温控器参数设置,可有效防止蒸发器表面结冰,提高空调系统舒适性及可靠性。


1、试验复现

  

1.1试验方法


蒸发器作为汽车空调制冷系统的重要组成部分,起着将制冷剂湿蒸汽在其表面沸腾气化吸热的作用,从而使鼓风机吹出的空气经过蒸发器时热量被制冷剂吸收。若蒸发器表面温度过低,导致空气中水蒸气在蒸发器表面结冰,就会使出风口风量逐渐减小甚至消失,车内温度上升影响顾客舒适度;同时鼓风机负载加大容易过热,影响鼓风机寿命;制冷系统内的压缩机润滑油在蒸发器扁管内冻住而无法循环,同样也会影响压缩机寿命。


某型汽车试验过程中,在空调长时间开启,鼓风机风量较低,温度设定较低的工况下,出现蒸发器结冰的现象。本文以该车型为研究对象,分析蒸发器结冰出现的原因。


为复现蒸发器结冰现象出现,选择在海南高湿度的环境条线下进行路试。环境条件及汽车设置如表1所示。打开前侧车窗各约50 mm,车速达到100 kph~115 kph开始记录数据,试验持续2小时。


1.2试验现象   


试验开始后约20分钟,乘客明显感受到出风口风量减小,温度上升。观察空调低压管,管路表面出现明显的结冰现象。而蒸发器出口表面温度在0 ℃左右,如图1所示。综上,基本确定蒸发器结冰,并且该车装备的压缩机为定排量压缩机,传统的定排量压缩机的活塞压缩比是固定不变的,所以在同一转速下它的排气量是固定的,它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出。因此该车型蒸发器一旦结冰,压缩机并不能自动调节缓解蒸发器结冰的过程,这就使得表2的蒸发器出口温度越来越低,直到达到平衡。



1.3结冰原因分析   


在此次试验中,为使蒸发器结冰复现,在Z极端的使用条件来进行验证。首先选择在海南的高湿度环境下进行试验,并且空调开启外循环,车窗开启,使得含有大量水蒸气的湿润空气与蒸发器冰冷的翅片或扁管接触,产生结冰;另外车辆一直保持高速行驶,车速越高,压缩机转速越高,单位时间内冷媒流量越大,蒸发器表面温度越低。Z后空调设置为低鼓风机档位,全制冷模式,蒸发器芯体的风速较小,不足以把蒸发器表面的冷凝水吹散而通过冷凝水管排出车外。当蒸发器表面温度在0 ℃~2 ℃左右时,未吹散的冷凝水会逐渐凝结成霜(非水非冰的状态),Z终引起结冰。由此可推断,形成蒸发器结冰要有以下先决条件:高车速、高湿度、低鼓风机档位、空调全制冷。


除了以上客观因素,车辆本身设计因素也可能导致蒸发器易发生结冰。由图2所示,实际原因可总结为以下两点,即温控器的位置与其设置参数。温控器的位置要求温控传感器一定要布置在蒸发器表面Z冷的地方。而温控器的参数设置则具体指on/off点需要设定合适的范围。on点太高压缩机断开时间过长,出风口温度上升较大会影响舒适度,太低压缩机通断频繁且起不到防结冰作用;off点设定太低蒸发器容易结冰,太高压缩机则通断太频繁;所以,温控器通断点对压缩机耐久性(通断频率每分钟不大于6次)影响较大。



该车型零件设计都处于冻结状态,因此只考虑环境因素和温控器设置参数这两方面,通过这两方面的改善来验证蒸发器结冰能否有所改善。


2、验证试验

  

2.1改变温控器参数设置范围   


试验前将温控器参数设置范围设置以下几个选项:分别为[0,2]、[1,3]、[2,4]、 [1.5,3.5]、[2.5,4.5]。[0,2]表示off点为0 ℃,on点为2 ℃,其他以此类推。结果显示所有设置的参数范围都会发生蒸发器结冰现象。



从环境因素上考虑,此次验条件忽视了用户实际使用车辆的习惯。在高速行驶的状况下,司机一般全程不开窗或只开一会儿车窗来透气,全程开窗的情况基本不存在。针对当地司机进行了调查,结果显示,约75%的司机在开空调高速行驶不会开窗,约25%的司机会开一会儿窗,来透气或者是吸烟后的换气,而全程开窗的司机却不存在。根据客户的使用习惯,将原先极限工况中全程开窗的条件修改开窗10 min后关闭,修改条件后的工况称之为“顾客使用的极限工况”。


并在此工况条件下进行了[2,4]、 [1.5,3.5]两组试验。测试结果如表2所示,在顾客使用的极限工况下,蒸发器结冰现象有明显的缓解。即使是相同温控器的参数设置,在顾客使用的极限工况条件下,蒸发器结冰也有明显的改善。这说明,潮湿环境下,湿润空气对蒸发器结冰起到了决定作用。在高湿度环境下,如果空调管长时间接触潮湿空气,将有极大可能会造成蒸发器结冰,而温控器设置这个因素相比起潮湿空气,对蒸发器结冰的影响程度则相对较小。若将空调系统管路长时间暴露在潮湿系统下,其他条件不变,无论怎样在合适的范围内调整温控器的设置,都没有效果。



3、试验结果分析

  

对试验结果的分析,在极限工况下,5个温控器设定点都出现了蒸发器结冰的现象。并且通过对结果的观察,随着温控器设定点on/off值的增加,测量参数也随之变化,如图4所示,其变化趋势为选择合适的温控器设定点提供了重要的依据。


压缩机通断频率随着温控器设定点的上升逐渐上升,主要是因为off点温度逐渐升高,蒸发器表面温度很容易就降到了off点,即压缩机通断点,导致压缩机通断频率上升。压缩机通断频率上升,会影响空调制冷性能,降低压缩机寿命,不利于压缩机的耐久性能,当被尽量避免。结冰出现时间逐渐推后,原因也是off点逐渐升高,蒸发器表面温度还未到结冰点,压缩机就开始断开,使得结冰时间逐渐推后。可以看出,若要避免蒸发器结冰出现,则应将off设置得较高,但同时off设置较高则压缩机通断频率也会升高,影响空调性能及压缩机寿命,所以off点不能一味设置得很高。出风口平均温度以及低压逐渐上升的原因主要是由于on设置得较高,on点设置较高会导致压缩机断开时间过长,出风口平均温度会有所上升,低压上升,影响舒适度。所以on点也和off点一样,要选取一个合适的范围,除了考虑如何防止结冰,还要同时考虑到压缩机通断频率及空调舒适性要满足要求。



分析了温控器设定点对各测量参数的影响及规律,再重新审视试验测量结果后,得出以下结论:


(1)[0,2]与[1,3]结冰出现时间较早,后空调出风口没有冷风吹出,已严重影响后空调属性,不可行。


(2)其余三个通断点结冰出现时间逐渐推后。虽然 [2.5,4.5]在试验末期才感受出风口风量明显减少,但因on/off温度上升,前后出风口平均温度已有较大上升。综合考虑仍有一定风险,不推荐。


(3)在模拟顾客使用极限工况下,2个温控器设定点皆未出现结冰现象。但[2,4]相比[1.5,3.5],通断率较高。Z终确定[1.5,3.5]通断点。

   

4、结论

  

本文对某车型通过道路试验对蒸发器结冰现象进行复现,总结出蒸发器结冰出现的先决条件是高速、高湿、低鼓风机挡位、空调全制冷。同时车辆温控器位置和设置参数也是蒸发器结冰出现的原因。由于该车型零部件为冻结状态,所以在不改变温控器位置的前提下,通过改变温控器设置参数来改善蒸发器结冰现象。


通过极限工况和模拟顾客使用情况两种工况进行道路试验验证,分析各测量参数与温控器设置点的关系,总结出温控器参数设置对各测量参数的影响规律,从而确定了合适的温控器参数设置,试验结果表明,合适的温控器参数设置可以有效防止蒸发器结冰,并提高了空调的舒适及稳定性。选择合适的温控器参数设置对整车空调匹配至关重要。

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