汽车空调变排量压缩机热力过程特性建模

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1、汽车空调变排量压缩机热力过程特性建模　　变排量压缩机汽车空调制冷系统采用试验方法进行匹配设计时，存在诸如系统振荡现象和蒸发器结霜等问题。因此，细致深入地研究斜板式变排量压缩机行程变化规律，是当前广泛应用并改善这种变排量汽车空调系统亟待解决的问题。本文利用斜板式变排量压缩机汽车空调特性实验系统，采用实验拟合的方法建立的斜板式变排量压缩机的稳态模型，进行了斜板式变排量压缩机制冷系统调节特性的分析研究。　　【关键词】变排量压缩机系统特性　　变排量压缩机于上世纪80年代中期被正式生产出来，并应用到汽车空调系统中替代定排量压缩机。变排量压缩机的工作容量，即排气量可以随着制冷环

2、境热负荷大小的变化，自动地调节改变，并以气缸结构的最大容量为上限，无级变动活塞行程以改变压缩机气缸容积。　　变排量压缩机的研制生产和广泛应用，是汽车空调领域的一项重大技术进步，具有连续运转的特点，提高了汽车空调系统运行的经济性。　　1压缩过程模型建立　　1.1变排量压缩机特性实验系统　　图1是这种变排量压缩机特性实验系统图，实验系统主体部分包括斜板式变排量压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和量热计等部件。由变频电机实现压缩机转速变化控制；压缩机排气压力变化由冷凝风扇的变频电机实现；运用制冷剂量热器法测量压缩机的制冷量，空调负荷改变由量热计中加热器的功率变化实现。该系统测量的

3、参数主要包括，使用流量计测量制冷剂质量流量；采用行程测量装置测量活塞行程；采用电涡流传感器测量压缩机转速；铂热电阻温度计测量制冷剂在系统中各位置的温度，其?y量精度为±0.1℃；采用电压输出型压力传感器测量制冷剂压力，测量精度为±0.1%。　　1.2压缩过程模型　　从压缩机结构及压缩过程原理分析，为了得到制冷剂质量流量Mr、排气温度Td与活塞行程Sp、吸气压力Ps、排气压力Pd、吸气温度Ts和压缩机转速Nc的关系。根据分析，质量流量Mr由下式计算：　　变排量压缩机压缩过程的模型由式（2）和（3）共同组成，因此在全行程和部分行程状态下，变排量压缩机指示效率和容积效率是

4、计算压缩机排气量和排气状态焓值需要得到的关键数据。对于定排量压缩机而言，容积效率和指示效率可以通过明确解析式表达，但却不能应用于部分行程状态的变排量压缩机。本文运用多项式拟合方法，通过实验得出的数据，来得到变排量压缩机的指示效率和容积效率经验计算公式。　　1.3容积效率和指示效率的影响因素　　压缩机的容积效率是压缩机实际容积流量和理论容积流量之比，在压缩机实际工作过程中，压缩机的容积效率等于四个系数的乘积：　　以上系数分别对应了四个影响容积效率的主要因素，即气缸余隙容积的影响、吸排气阀阻力的影响、吸气过程中气体被加热程度的影响以及漏气量的影响，可以根据公式（4），通

5、过这四个系数的变化趋向来对各参数影响容积效率的规律加以分析。　　变排量压缩机的主要性能参数，压缩机转速、压缩比和活塞行程变化会直接造成四个系数的改变，从而影响变排量压缩机使之容积效率发生变化。当变排量压缩机的压缩比ε，即排气压力Pd与吸气压力Ps之比增大，余隙系数和节流系数减小；同时，压缩比增大，当排气压力Pd不变时，则吸气压力Ps减小，对应的吸气温度降低，压缩机的泄漏量和吸气加热量将增大，即气密系数和预热系数将减小。　　1.4容积效率和指示效率的实验数据拟合　　先通过实验在较大范围内分别变化压缩比、转速和活塞行程，得到相应的容积效率和指示效率的数据，然后根据对容积

6、效率和指示效率变化趋势的影响参数的分析，可将变排量压缩机的容积效率ηv拟合成压缩比ε、转速Nc和相对行程（活塞在部分排量时的行程和全排量时的行程之比）的函数：　　2斜板式变排量压缩机特性分析　　当汽车空调制冷系统在实际工况下运行时，斜板式变排量压缩机的转速跟随汽车发动机的转速改变而改变，活塞行程也会自动进行调节，从而使压缩机排气量适应空调负荷变化。变排量压缩机综合不同运行状况来看，可以实现定转速定行程、变转速定行程、定转速变行程和变转速变行程四种不同运行状况。本文在斜板式变排量压缩机的稳态模型基础上，对这四种运行状况下制冷剂质量流量Mr和压缩机指示功率Pi的变化规律

7、进行分析。　　2.1定转速定行程特性规律　　当转速不发生改变，同时处于最大行程状态时，斜板式变排量压缩机就相当于固定转速下的普通压缩机。当吸气压力Ps增大时，压缩比会减小，容积效率提高，所以使得制冷剂质量流量Mr增大，同时压缩机指示功率Pi也随之增大。　　2.2变转速定行程特性规律　　当活塞处于最大行程，变排量压缩机转速发生变化时，随着转速Nc和吸气压力Ps的增加，制冷剂质量流量Mr和压缩机指示功率Pi增加，图2和图3表示活塞处于最大行程，假定Pd=1.5MPa，吸气过热10℃时，不同转速下的Mr-Ps关系曲线和Pi-Ps关系曲线。压缩机不同转速下所能保持最大行