摘要：為了解決變排量壓縮機汽車空調系統振蕩和蒸發器結霜問題，對該系統穩態特性進行分析。建立了變排量壓縮機汽車空調製冷系統穩態模型，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空調製冷系統的穩態特性進行了分析。研究首次發現，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係不同，蒸發壓力、製冷量等系統參數表現為多值對應關係，系統存在「性能帶」，可使蒸發壓力保持在一個較小的範圍內變化。變排量壓縮機汽車空調製冷系統性能帶的發現和提出，豐富和發展了製冷系統特性分析理論。
關鍵詞：性能帶 變排量壓縮機 汽車空調 穩態特性
1、前言
汽車空調系統的無級變排量搖板式壓縮機（以下簡稱變排量壓縮機）摒棄了傳統的離合器啟閉壓縮機調節方式，可以根據車內負荷變化改變搖板角度和活塞行程，實現了汽車空調系統連續運行，不會引起汽車發動機周期性的負荷變化，車內環境熱舒適性好，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空調製冷系統會出現系統振蕩[3，4]和蒸發器結霜現象，為了解決這些問題，必須對系統的穩態特性進行分析。
只有很少研究者對變排量壓縮機汽車空調製冷系統特性進行過分析。Inoue等人[3]在對汽車空調製冷系統中七缸變排量壓縮機和熱力膨脹閥的匹配問題進行了試驗研究，但是沒有理論分析。Lee等人[5]對變排量壓縮機汽車空調製冷系統的穩態特性進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係。
本文在變排量壓縮機穩態模型基礎上，建立變排量壓縮機汽車空調製冷系統穩態模型並進行試驗驗證，然後對系統特性進行分析。
2、系統穩態
模型變排量壓縮機汽車空調系統由變排量壓縮機、蒸發器、冷凝器和儲液乾燥器、熱力膨脹閥以及連接管道組成，製冷劑採用R134a.為簡化模型，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空調系統最大的不同是變排量壓縮機，所以重點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範圍內無級變化。根據變排量壓縮機的控制機理和結構特點，圖1給出了壓縮機模型關係圖。首先建立控制閥數學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，然後建立壓縮機運動部件動力學模型確定活塞行程Sp與排氣壓力、吸氣壓力、搖板箱壓力和壓縮機轉速Nc的關係，再通過壓縮過程模型由排氣壓力、吸氣壓力、吸氣溫度、活塞行程和壓縮機轉速來確定壓縮機製冷劑流量Mr和排氣溫度，這樣以上三個模型就組成了變排量壓縮機的穩態模型。
2.2 其它部件模型
本文研究的蒸發器為四通道五列管片式蒸發器。蒸發器長0.2625m， 高0.228m，厚0.084m， 外表面傳熱面積5.5m2.蒸發器穩態模型採用集總參數法，將蒸發器分為兩相區和過熱區兩個區域。
考慮到汽車空調部件組成特點和求解方便，將冷凝器和儲液乾燥器組合在一起，儲液乾燥器作為冷凝器過冷區的一部分。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0.35m，高0.56m，厚0.02m，外表面傳熱面積5.58m2.冷凝器穩態模型採用集總參數法，將冷凝器分為過熱區、兩相區和過冷區三個區域。
熱力膨脹閥為交叉充注吸附式H型球型快開閥，公稱容量為2冷噸。通過熱力膨脹閥閥杆受力方程得出閥開度，採用熱力膨脹閥流量計算公式計算流經熱力膨脹閥的製冷劑流量。
將變排量壓縮機、蒸發器、冷凝器和儲液乾燥器和熱力膨脹閥四個部件穩態模型按照部件進出口參數關係有機結合，就組成了變排量壓縮機汽車空調製冷系統穩態模型。
2.3 系統穩態模型驗證
可以看出，行程減小時臨界蒸發壓力和臨界空調負荷的計算值和試驗點吻合較好，行程增大時臨界蒸發壓力的試驗值稍小於計算值，臨界空調負荷的試驗值稍大於計算值。總體來說，模擬計算和試驗數據吻合較好。