同轴管在汽车空调上的应用

2023年12月13日发(作者：丰田锐志2017款二手)

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同轴管在汽车空调上的应用

王 健 孙 伟 张思航

神龙汽车有限公司，湖北 武汉 430000

摘要：本文介绍了空调系统的工作原理，同轴空调管在系统中的作用，并通过相关试验对比验证，使用新结构同轴空调管的空调系统制冷性能有所加强。同时由于空调系统采用同轴管，制冷效能提高，减少了动力总成负载，降低了油耗，达到节能减排的目的。

关键词：空调系统；同轴管；节能减排

中图分类号：U46 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）08-0435-01

引言

随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车开始走进千家万户。人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性及操控性的同时，也越来越注重舒适性的需求。空调作为直接体现整车舒适性的子系统，与车辆驾驶安全性，愉悦性及整车油耗均有较强关联。如何应用新技术提升制冷能效能，减少能源消耗，早已成为各大汽车主机厂的重点工作之一。

1 车用空调系统的工作原理

1.1 制冷循环

压缩机吸入低温低压（3bar,5℃）的气体冷媒，通过压缩获得高温高压（20bar,110℃）的气态冷媒，通过冷凝器以及冷凝风扇向外界散发热量并液化，获得中温高压（19bar,60℃）的液态冷媒，通过膨胀阀获得低温低压（3bar,-1℃）的液态冷媒，通过蒸发器和鼓风机作用液态冷媒在汽化过程中吸收驾驶舱的热量，变成低温低压（3bar,5℃）的气态冷媒由压缩机吸入进行下一个制冷循环，从而降低驾驶舱的温度，为人们在炎热的夏天提供舒适的驾乘环境。

1.2 制热、除霜除雾循环

发动机的高温（90℃）冷却液通过暖风散热器和鼓风机的作用与驾驶舱中的冷空气发生热交换，加热驾驶舱中的冷空气，根据功能需求，通过空调总成的各个出风口，对前挡风玻璃、侧玻璃进行除霜除雾以及座舱加热，为人们在寒冷的冬天提供舒适的驾乘环境及保障安全驾驶。

2 同轴空调管替代方案及性能优势

同轴管的英文字母简称为IHX(INTERNAL COXIAL HEAT EXCHANGE

PIPES)，其作用为连接空调各总成部件，形成完整的封闭回路，与普通空调管无异。差异点在于，同轴管将高、低压管集成为一根管路，同时又保留各自的流道，两段流道的中心轴线维持同轴，可以保证制冷剂在管路循环时，充分进行能量交换。其优势为通过同轴结构，在空调系统内部增设了热交换器，如下图所示，反向利用从蒸发器排出的蒸汽，在制冷剂液体膨胀前将其冷却，使制冷剂液体增加了额外的冷却性能。同时气态制冷剂回流压缩机时，因吸收了同轴段液态制冷剂的热量，增加了一定过热度，使压缩制冷剂至相同压力下，功耗减少。达到了提升整个空调系统制冷能效的目的。

同轴管按结构分为以下几种：

（1）肋片管

肋片式同轴管，也叫做齿形管。是神龙汽车有限公司目前使用的主流结构，通常在一条连续的铝管上，沿轴线方向，在内壁铣出方形凸槽，形成8～10条齿，用以固定及保证密封。内外管共用同一中心轴线，为保证密封，采用氩弧式堆积焊，封闭同轴段与管接头连接处。高压液态制冷剂均从外管齿形空腔中流过，低压气态制冷剂均从内管中通过，而两者不会互相串流。肋片式同轴管的优势是结构较为简单，加工成本相对较低，目前在各大汽车主机厂上被广泛使用。

（2）滚压螺旋管

滚压螺旋式同轴管，是通过滚刀模具，在一条连续的铝管表面上进行滚槽，加工出多条呈螺旋状的筋槽而制成。内管为螺旋管，外管为柱状管，共用同一中心轴。螺旋结构的设计，增加了制冷剂的通过长度，使之更加充分地进行热交换。相同长度下，换热性能更高，但由于其制造工艺复杂，导致成本较高。同时流道加长，易造成制冷剂压力损失。

（3）扭转螺旋管

扭转螺旋式同轴管，在结构及原理上与滚压螺旋管类似。区别在于未使用滚刀铣磨铝材，取而代之为冷镦成型工艺，生产过程中不易产生铝屑。铝屑被人体误吸入后，容易造成肺部病变。扭转螺旋管的优势在于，能提供较高的换热性能，归因为其内部的螺旋结构，同样的，也因其扭转成型工艺复杂，成本较高，目前应用范围不及肋片管广泛。

3 单体及整车性能验证

3.1 单体性能验证

测试工况：环境温度30～35℃，将系统抽真空后按每50g递增充注R134a制冷剂，高压入口压力16.7±0.3bars，温度50±1℃；低压入口端压力3±0.03bars，温度3±1℃；

试验测出单体性能如下：

制冷剂低压管 高压管

同轴管低压高压R134a流量出口出口出口出口换热能侧压侧压（Kg/h）

压力温度 压力温度

力降力降bar ℃ bar ℃

力（W）

bar bar

50 2.94 22.15 14.53 41.56 192 0.05 0.15

100 2.82 19.49 16.72 42.04 350 0.16 0.25

150 2.63 17.62 16.34 42.03 545 0.37 0.36

实际整车制冷剂流量大于150Kg/h，环境温湿度，TXV入口温度，出口压力与单体试验设定值相当，同轴段的换热能力大于545W，约分担10%～15%的整车热负荷，能够提供更多的冷却性能。同时在相同制冷功率的需求下，能减少约10%的压缩机负荷，提升空调系统的COP值。

3.2 整车性能验证

参考PSA PFR03标准，车辆配置：东风雪铁龙C4L，1.6T发动机、自动空调；

试验数据在30min,50min,65min时，非同轴管空调系统，出风口温度分别为8.9℃,7.1℃,17.4℃ ，前排乘员舱头部温度为24.6℃,22℃,28.9℃，而同轴管系统，出风口温度为7.3℃,6.3℃,17.1℃ ，前排乘员舱头部温度为23.4℃,21.3℃,29.3℃。

试验结论说明，装备了同轴管的空调系统，可以更快速(约30s左右)降至最低温度点，同时对比未装备同轴管的空调系统，降温最低点低出1.2℃左右。COP值方面，提升约14%，例如40℃怠速工况，发动机转速850r/min，COP值由原3.1提升至3.4。试验工况下，动力总成平均油耗降低0.2～0.3L/100KM。

4 结束语

通过对同轴管技术大量的调研，以及借助神龙汽车有限公司C4L车型平台，进行了大量的试验验证。其结果显示，装备了同轴管的空调系统，在制冷性能上有显著提升，同时也降低了综合油耗。在当今追求舒适，亦提倡节能减排的背景下，采取新结构，新工艺的空调同轴管技术，是大势所趋，将在后续车型上推广。

参考文献：

[1]王若平主编.汽车空调[M].机械工业出版社,2009.

2017年8期︱435︱