摘要：空调是重型卡车整车系统中的耗能大户，并且应该频率很高，空调油耗约占整车油耗的20%～30%左右，高效的空调是车辆循环外节能技术的一项重要措施。基于此，本文主要介绍了重型卡车空调系统节能降耗技术。
关键词：重型卡车；空调系统；节能降耗技术
引言
近年来，随着我国各地互联互通的进一步加强，大众物流行业得到了前所未有的发展。重型卡车因具有载重大、动力强、续航时间长等优势而日益受到物流从业者的青睐。斯堪尼亚、沃尔沃、解放、东风、欧曼等国内外知名重卡企业纷纷瞄准这一市场机遇，不断推出高载重、大马力、低油耗的重型卡车产品。在关注重型卡车整备质量、发动机功率与燃油经济性的同时，人们对驾驶室气候舒适性的要求也越来越高。重型卡车空调系统开始从功能单一的手动控制型向功能多样的自动控制类型转变，呈现出与轿车空调系统设计理念越来越接近的趋势。为了提升空调系统的性能以及实现节能减排的目标，各个汽车空调配套厂家与相关研究机构不断加大新产品的研发投入，优化产品设计，提高产品质量。
1空调制冷性能概述
影响车辆空调制冷性能的因素很多，如车辆密封性、汽车行驶速度、压缩机性能、冷凝器的散热能力、膨胀阀的开启度、系统的压力大小、冷媒加注量等。
在车辆密封性一定的条件下，降低车内温度主要通过两个途径实现，一是降低出风口温度，二是增大出风口的风量和风速。增大出风口风量和风速，只能通过加大鼓风机功率和修改调速电阻阻值来实现，这种方式易带来NVH等方面的问题，一般不采用。降低出风口温度可通过多种方式来实现，如提升冷凝器、蒸发器的芯体换热能力、匹配合适的压缩机和膨胀阀、使用同轴管等。
鉴于空间布置、成本和周期的问题，轻卡车型的空调制冷性能优化方案参考某出口轿车，采用同轴管管路，其它结构不做变更。
2重型卡车空调系统节能降耗技术
2.1采用集成油分离器的高效压缩机
空调压缩机是空调系统的心脏，是推动制冷剂在制冷系统中不断循环的动力源，在相当大的程度上决定着系统的制冷性能。在空调系统中，压缩机的冷冻机油与制冷剂混合后在系统中循环，冷冻机油进入换热器后会粘附在管道壁面上，增加制冷剂的流动阻力，且形成一层热阻影响换热器换热性能，从而影响系统制冷能力。所以从空调系统制冷能力方面考虑，制冷剂中含油量越少越好。但压缩机冷冻机油也影响压缩机运行的可靠性，压缩机冷冻机油润滑压缩机内的各运动部件，既减少摩擦和磨损，也起到冷却作用，将运动部件保持较低温度，以提高效率。所以压缩机内也须保持一定量的冷冻机油。采用集成油分离器的压缩机，在压缩机排出冷冻机油与制冷剂混合物之前将冷冻机油分离一部分然后回到压缩机，使系统中的循环油量减少，有效降低系统中的油循环率，提升蒸发器内制冷剂的换热效率。同时使排出压缩机的一部分冷冻油又重新回到压缩机，保证压缩机运转可靠性。采用内置式油分离器的汽车空调系统，系统的油循环率明显降低，制冷量约提高10%。
2.2高效智能空调系统
高效智能空调系统采用多传感器技术，通过伺服电机或步进电机根据驾驶员设定温度不断检测车内外温度，太阳辐射等车内外环境变化，实现模式、内外循环、风量调节和温度自动调节等功能，并且引入压力采集更细分的压力传感器、更高效节能的外控式变排量压缩机。构成更高效、自动控制精细化程度更高、更节能的空调系统。采用外控式变排量压缩机技术，可以根据环境温度，发动机转速，太阳辐射强度，车内温度，送风温度，送风风向以及空调模式设定等参数，由空调控制器来确定控制信号，再由外部（电磁）控制阀来控制压缩机合适的排量，这样可以根据当时的冷负荷情况确定一个合适的吸气压力，不需要再热，从而达到节能的目的。外控式变排量压缩机的原理见图1，根据各个传感器发来的信号，空调控制器计算需要的压缩机容量，并通过通断频率控制压缩机电磁阀开关来调节容量。在无电流时，阀门开启，高压腔和压缩机斜盘箱相通，高压腔的压力（即排气压力Pd）和斜盘箱的压力（即控制压力Pc）达到平衡，压缩机的排量为0；在高热负荷时，电流增加→吸引力（即电磁力）增加→阀门关闭→控制压力Pc降低→斜盘的倾斜角度加大直至达到100%的排量；在低热负荷时，电流减小→吸引力（即电磁力）降低→阀门打开→控制压力Pc升高→斜盘的倾斜角度减小直至低于2%的排量。
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图1外控式变排量压缩机原理图
当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动使得高压腔和斜盘箱进一步被隔离，从而使压缩机达到100%的排量；当系统的吸气压力特别低时，压力元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和斜盘箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。外控式变排量压缩机的优点：压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性；通过调节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹配，减少了再加热过程，使出风口的温度，湿度恒定调节；压缩机的功率消耗下降，燃油消耗下降。压力传感器是由压敏元件和转换电路组成，利用被测介质压力作用在压敏元件上产生一个微小变化的电流或电压输出。传感器需要同外部放大电路配合使用才能完成从压力检测到控制、显示等过程。可以是模拟信号，也可以是数字信号，后级处理方便，也可以变成标准变送器信号用于远程传输。压力传感器实时监测空调系统压力，控制模块采集压力传感器的电压或电流信号，根据采集的信号判断空调系统压力变化从而调节发动机风扇转速，既保证空调冷凝器的散热需求同时也减少了发动机风扇直连或高速运转的时间，有效地降低了发动机功耗。相对于现行空调系统采用的三态压力开关更节能，对系统压力的监测由高中低压力档位状态升级为线性控制，控制细分化、精确化程度更高。
2.3同轴管换热器技术
空调系统一般采用的单根型普通铝管或钢管，分别连接空调系统各个零部件，构成空调系统制冷回路。空调系统为提高制冷效率，蒸发器后的气体管路需要过热处理，冷凝器后的液体管路需要过冷处理，同轴管换热器便是利用热量供需关系而设计的一种热交换器，以达到余热利用、节约能源的目的。同轴管是将温度高低不同的管路集成为内外层结构的同一根管路，内管与外管居于同一轴线，彼此分开，并不互通，内层流动的是5℃～10℃的低温低压制冷剂，外层流动的是70℃～80℃的高温高压制冷剂。内管与外管中的制冷剂流向相反，两者相遇时，内管的低温、低压气态制冷剂因得到热量而实现过热，外管的高温、高压制冷剂因散热而实现过冷，从而使冷凝器出口的高温高压液态制冷剂增加了额外的冷却性能、蒸发器出口的低温低压气态制冷剂进一步过热，使压缩机在制冷剂至相同压力下，功耗减少，达到提升整个空调系统制冷能效的目的。使用同轴管，空调出风口温度可降低1℃～3℃，且燃油消耗降低。
结语
空调是整车系统中最大的能耗附件，使用高效的空调能有效降低能源消耗，减少污染物排放。我国重型卡车空调油耗奖励法规的实施将会鼓励企业研发节能型空调，可在一定程度上促进卡车行业的节能减排。
参考文献：
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[2]（美）惠特曼（Whitman，W.C.），（美）约翰森（Johnson，W.M.），（美）汤姆齐扎克（Tomczyck，J.A.）.制冷与空气调节技术[M].北京：电子工业出版社，2016.5.
论文作者:宋波超,张帅
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
标签：压缩机论文; 空调系统论文; 制冷剂论文; 压力论文; 卡车论文; 排量论文; 空调论文; 《基层建设》2020年第2期论文;