摘 要：为了优化汽车前端冷却模块设计，提高机舱热管理性能，针对某乘用车在怠速或拥堵路行驶下出现的空调频繁切断问题进行分析及研究，分别对汽车空调冷凝器前端不采取密封措施和采用海绵密封方案进行对比试验，结果表明冷凝器前端密封对于解决热气回流引起的空调切断问题效果明显。
关键词：空调频繁切断；空调冷凝器；密封；热气回流
前言
汽车空调冷凝器属于强制通风空气冷却式换热器，需利用冷却风扇（一般与发动机散热器共用）将传至冷凝器翅片表面的热量带走。冷凝器冷凝效果的好坏与冷凝器本身的散热能力及通风效果有关，前者由冷凝器本身的结构，如空气侧参数（翅片高度、翅片间距和百叶窗角度）、流程分布、尺寸、材料和工艺所决定；后者与风扇的通风能力、冷凝器的安放位置及冷凝器周边的导流、密封措施有关。胡曲[1]等研究了在不同迎风速度对多流程平行流冷凝器换热性能及风阻的影响，王东[2]等研究冷凝器、散热器与风扇罩之间的不同密封情况对冷却模块空气流量、格栅进气利用率和散热器实际散热量等评价参数的影响，吕锋[3]等研究密封对柴油机冷却模块性能的影响。虽然国内已有一些关于冷却模块密封对发动机舱散热性能影响的研究，但这些研究不够系统。冷凝器的安装位置与周边的密封措施一般不被工程技术人员重视，特别是在既定的设计基础上，为降低成本而减小换热器规格尺寸导致整车空调性能的下降更容易被忽视。
1 问题提出
某一乘用车在中东地区进行空调制冷试验，在城市道路和怠速行驶时因空调高压保护出现空调频繁切断现象，试验采集的空调试验数据见图1。当时的环境温度52℃，湿度14%，日照820~930 W/m2，空调设置内循环，最大风量和吹脸模式。
图1 城市工况空调制冷曲线图
（注：压缩机状态3代表开启，状态2代表空调保护关闭，状态1代表发动机保护切断）
2 问题调查
通过分析试验数据发现，在车辆低速或怠速行驶时，冷凝器前空气温度上升明显，说明冷凝器前进气存在明显的热气回流现象，见图2。
图2 城市工况冷凝器前空气温度
为了调查造成热气回流的原因，拆除了车辆前进气格栅和前保险杠，发现发动机舱前端冷却模块无任何密封措施，特别是在冷凝器四周，见图3。当车辆正常车速行驶时，冷凝器前进风压力大于散热器后空气压力，冷凝器前的空气主要来自于进气格栅，此时冷凝器前空气温度与环境温度相当。当车辆低速或怠速行驶时，由于散热器冷却风扇的抽吸，散热器后空气压力要高于冷凝器前空气压力，若散热器与冷凝器之间无密封措施，容易导致散热器后热空气回流至冷凝器前，导致空调冷却性能变差。
图3 车辆前端冷却模块
图4 车辆前端冷却模块四周密封示意图
为了验证是否为热气回流造成的空调频繁切断问题，对车辆四周进行了密封处理，具体见图4。
3 改善结果验证
为了验证密封的改善效果，对汽车空调冷凝器前端不采取密封措施和采用海绵密封方案进行对比试验，结果见图5和图6。
图5结果表明，密封对于城市拥堵路和怠速行驶改善明显，空调未触发高压保护，乘员舱舒适性明显得到提升；图6结果表明，有密封冷凝器进气温度在上部、中部和下部较无密封状态均有大幅度下降，热气回流现象明显得到改善。综上结果，冷凝器前端密封可以有效解决冷凝器热气回流问题，提升在城市拥堵路和怠速行驶空调舒适性能。
图5 有密封和无密封城市工况结果对比（1）
（注：上部、中部和下部均温分别代表冷凝器前上部、中部和下部3个空气测点均温）
图6 有密封和无密封城市工况结果对比（2）
（注：上部、中部和下部均温分别代表冷凝器前上部、中部和下部3个空气测点均温）
4 应用情况
综合上述理论及实际试验结果，对另一乘用车进行实车验证，改善前结果见图7，增加密封试验结果见图8。
图7 另一乘用车密封前城市工况试验结果
图7为另一乘用车密封前城市工况试验结果，主要现象有：1、城市工况行驶过程中，头部温度基本在35℃以上；2、城市工况行驶过程中空调压力较高，偶发空调切断问题；3、怠速阶段空调冷却效果极差，空调高压极易达到保护限值，出现反复切断空调现象。
图8 为增加密封改善后试验结果
图8为另一乘用车密封后城市工况试验结果，改善主要结论有：1、空调舒适性提升明显。头部温度降至30℃以下，优化前只能在35℃左右；2、试验过程未出现空调切断现象；3、怠速阶段空调压力略微上升并迅速稳定，热气回流问题明显改善。
5 结论
分析及试验结果表明，冷凝器前端密封对冷凝器性能在低速和怠速状态下有较大影响，可以有效防止热气回流问题，提升乘员舱空调舒适性能。
