关于空调水流量、风量对车辆采暖性能影响的研究

郑涛

摘 要：搭载水基制热空调系统，车辆的除霜、除雾、采暖性能，与冷机启动后，水温升高速率和稳定温度密切相关。本文基于整车开发，以提升搭载小排量涡轮增压发动机整车采暖性能为目的，通过优化空调系统冷却液流量、鼓风机风量，保证整车采暖性能达成。

关键词：空调水流量 空调风量 乘用车 采暖性能

Research on the Effect of Water Flower and HVAC Air Volume on the Heating Performance of Passenger Car

Zheng Tao

Abstract：Equipped with water-based thermal air conditioning system， the defrosting， defogging and heating performance of vehicle is closely related to the rising rate and the stable temperature of engine water temperature. Based on the development of the vehicle project， aiming at improving the heating performance of the vehicle that equipped with a small displacement turbocharged engine， the article optimizes the coolant flow and blower air volume of the HVAC， to ensure the heating performance of the whole vehicle.

Key words：system water flow， HVAC air volume， passenger car， heating performance.

1 引言

车载空调系统是根据四季交替，给用户提供冷暖可调的车内环境舒适性。当前搭载水基制热空调系统的车辆在市场占比很高，J.D.Power历年调研结果表明，随着车辆越来越普及，用户对车辆认知的逐步提高，对车辆性能的要求趋于理性且苛刻，与用户日常使用紧密相关的空调除霜、除雾、采暖、降温性能在调研报告抱怨率占比呈逐步上升趋势。发动机水热量是水基空调系统的唯一热源，冷却系统的容积、参与热交换的冷却液流量、空调鼓风机的风量是影响整车低温冷启动后，发动机温升的关键因素，其中容积是根据高温工况发动机需求确定的，无法改变，唯一可调的是空调系统的冷却液流量、空调鼓风机的风量。

本文基于整车实践，以提升换动整车项目的采暖性能，通过整车试验锁定组合方案，保证用户维度的舒適性要求。

2 问题描述

新开发的发动机搭载成熟整车开展低温采暖试验，发动机水温始终维持在55℃左右，明显差于搭载其他发动机的平台车。

整车性能团队基于冷却系统原理图（图1），从冷却系统容积、流量配比、密封型式、HVAC总成（鼓风机P/Q、风阻&水阻、换热功率）、变速箱冷机map等维度与平台车对比（表1）：

对比结果表明，发动机1500rpm工况，暖风芯体流量存在的差异，新开发除气管存在明显泄漏，是导致整车搭载该动总，发动机水温偏低，采暖性能变差的直接原因。

3 方案描述

3.1 在暖风水管内置节流阀（方案①），降低暖风系统循环水流量（需同步确认对高温环境发动机冷却的影响），以降低冷机启动后，对冷却液的换热量，提升发动机温升速率。

3.2 优化新开除气管限流阀（方案②），达成平台车水平，阻断冷却液流经散热器进入膨胀壶在水套中参与循环，稳定低温低负荷工况发动的水温，保证整车采暖性能、排放和燃油经济性。

3.3 在保证除霜/除雾法规的前提下，适当降低HVAC风量（方案③），以降低冷机启动后冷却液的换热量，提升发动机温升速率。

4 方案验证

4.1 方案①+②，在冷机启动5min时，对比base状态，水温温升速率从10.2℃/min提高到11.4℃/min，发动机温升速率明显提高;平衡水温从68℃升高到74℃，升高了6℃，此方案有效提高了发动机温升速率和稳定温度，图2。

4.2 方案①+②+③对比base状态，冷机启动5min时，水温温升速率从10.2℃/min提高到13℃/min;平衡水温从68℃升高到76℃，升高了8℃，发动机温升速率和稳定温度进一步提高，图3。

4.3 方案①+②+③，进行整车采暖试验，对比base状态：

4.3.1 冷机启动5min时，空调出风温度上升速率从7℃/min升高到12℃/min，平衡风温从36℃升高到52℃，升高了16℃，图4。

4.3.2 在冷机启动5min时，车内温度升高速率从2℃/min升高到2.8℃/min，车内平衡温度从18℃升高到22℃，升高了4℃，车内环境温度进入舒适区，整车采暖性能明显提升，见图5。

4.4 经试验确认，搭载方案①，因为散热器循环水量有增加，发动机水温降低约2℃，见图6;发动机进、出水温差缩小0.5℃，见图7，方案①对整车高温环境的冷却性能没有影响。

4.5 经试验确认，搭载方案③，整车除霜性能满足法规要求，见图8、图9。

5 总结

基于冷却系统原理，对比系统差异，确认方案①+②+③可保证整车采暖性能达成。应用试验手段验证组合方案有效性，是解决工程问题的高效方法。

参考文献：

[1]于亚杰.汽车除霜除雾性能提升：汽车实用技术，2018.

[2]凌晨.汽车空调系统的组成与原理，2009.

[3]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1983.

[4]王佳.发动机冷却系统原理及维护科技视界，2017.