汽车蒸发器结冰控制方法

    

文章针对某车型汽车，对其所产生的蒸发器结冰现象通过道路试验进行复现，并据此研究蒸发器结冰的控制方法。试验发现蒸发器结冰与温控器的位置及温控器的设定参数有关。在道路试验过程中，通过改变温控器的位置及参数设置，并同时采集空调系统相关数据，选取最为合适的温控器参数设置，可有效防止蒸发器表面结冰，提高空调系统舒适性及可靠性。

    

1、试验复现    

      

1.1 试验方法

蒸发器作为汽车空调制冷系统的重要组成部分，起着将制冷剂湿蒸汽在其表面沸腾气化吸热的作用，从而使鼓风机吹出的空气经过蒸发器时热量被制冷剂吸收。若蒸发器表面温度过低，导致空气中水蒸气在蒸发器表面结冰，就会使出风口风量逐渐减小甚至消失，车内温度上升影响顾客舒适度；同时鼓风机负载加大容易过热，影响鼓风机寿命；制冷系统内的压缩机润滑油在蒸发器扁管内冻住而无法循环，同样也会影响压缩机寿命。

某型汽车试验过程中，在空调长时间开启，鼓风机风量较低，温度设定较低的工况下，出现蒸发器结冰的现象。本文以该车型为研究对象，分析蒸发器结冰出现的原因。

为复现蒸发器结冰现象出现，选择在海南高湿度的环境条线下进行路试。环境条件及汽车设置如表1所示。打开前侧车窗各约50 mm，车速达到100 kph～115 kph开始记录数据，试验持续2小时。

表1 试验条件

 

1.2试验现象   

试验开始后约20分钟，乘客明显感受到出风口风量减小，温度上升。观察空调低压管，管路表面出现明显的结冰现象。而蒸发器出口表面温度在0 ℃左右，如图1所示。综上，基本确定蒸发器结冰，并且该车装备的压缩机为定排量压缩机，传统的定排量压缩机的活塞压缩比是固定不变的，所以在同一转速下它的排气量是固定的，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出。因此该车型蒸发器一旦结冰，压缩机并不能自动调节缓解蒸发器结冰的过程，这就使得表2的蒸发器出口温度越来越低，直到达到平衡。

图1 初始状态后蒸发器出口温度曲线图

1.3结冰原因分析   

在此次试验中，为使蒸发器结冰复现，在最极端的使用条件来进行验证。首先选择在海南的高湿度环境下进行试验，并且空调开启外循环，车窗开启，使得含有大量水蒸气的湿润空气与蒸发器冰冷的翅片或扁管接触，产生结冰；另外车辆一直保持高速行驶，车速越高，压缩机转速越高，单位时间内冷媒流量越大，蒸发器表面温度越低。最后空调设置为低鼓风机档位，全制冷模式，蒸发器芯体的风速较小，不足以把蒸发器表面的冷凝水吹散而通过冷凝水管排出车外。当蒸发器表面温度在0 ℃～2 ℃左右时，未吹散的冷凝水会逐渐凝结成霜（非水非冰的状态），最终引起结冰。由此可推断，形成蒸发器结冰要有以下先决条件：高车速、高湿度、低鼓风机档位、空调全制冷。

图2 原因分析鱼骨图

除了以上客观因素，车辆本身设计因素也可能导致蒸发器易发生结冰。由图2所示，实际原因可总结为以下两点，即温控器的位置与其设置参数。温控器的位置要求温控传感器一定要布置在蒸发器表面最冷的地方。而温控器的参数设置则具体指on/off点需要设定合适的范围。on点太高压缩机断开时间过长，出风口温度上升较大会影响舒适度，太低压缩机通断频繁且起不到防结冰作用；off点设定太低蒸发器容易结冰，太高压缩机则通断太频繁；所以，温控器通断点对压缩机耐久性（通断频率每分钟不大于6次）影响较大。

该车型零件设计都处于冻结状态，因此只考虑环境因素和温控器设置参数这两方面，通过这两方面的改善来验证蒸发器结冰能否有所改善。

    

2、验证试验    

  

2.1改变温控器参数设置范围   

试验前将温控器参数设置范围设置以下几个选项：分别为[0，2]、[1，3]、[2，4]、 [1.5，3.5]、[2.5，4.5]。[0，2]表示off点为0 ℃，on点为2 ℃，其他以此类推。结果显示所有设置的参数范围都会发生蒸发器结冰现象。

图3 高速行驶空调车窗同时开启时间占比图

从环境因素上考虑，此次验条件忽视了用户实际使用车辆的习惯。在高速行驶的状况下，司机一般全程不开窗或只开一会儿车窗来透气，全程开窗的情况基本不存在。针对当地司机进行了调查，结果显示，约75%的司机在开空调高速行驶不会开窗，约25%的司机会开一会儿窗，来透气或者是吸烟后的换气，而全程开窗的司机却不存在。根据客户的使用习惯，将原先极限工况中全程开窗的条件修改开窗10 min后关闭，修改条件后的工况称之为“顾客使用的极限工况”。

并在此工况条件下进行了[2，4]、 [1.5，3.5]两组试验。测试结果如表2所示，在顾客使用的极限工况下，蒸发器结冰现象有明显的缓解。即使是相同温控器的参数设置，在顾客使用的极限工况条件下，蒸发器结冰也有明显的改善。这说明，潮湿环境下，湿润空气对蒸发器结冰起到了决定作用。在高湿度环境下，如果空调管长时间接触潮湿空气，将有极大可能会造成蒸发器结冰，而温控器设置这个因素相比起潮湿空气，对蒸发器结冰的影响程度则相对较小。若将空调系统管路长时间暴露在潮湿系统下，其他条件不变，无论怎样在合适的范围内调整温控器的设置，都没有效果。

表2 试验结果汇总表

    

3、试验结果分析    

  

通过图4对试验结果的分析，在极限工况下，5个温控器设定点都出现了蒸发器结冰的现象。并且通过对结果的观察，随着温控器设定点on/off值的增加，测量参数也随之变化，如图4所示，其变化趋势为选择合适的温控器设定点提供了重要的依据。

图4 其他参数变化趋势表

压缩机通断频率随着温控器设定点的上升逐渐上升，主要是因为off点温度逐渐升高，蒸发器表面温度很容易就降到了off点，即压缩机通断点，导致压缩机通断频率上升。压缩机通断频率上升，会影响空调制冷性能，降低压缩机寿命，不利于压缩机的耐久性能，当被尽量避免。结冰出现时间逐渐推后，原因也是off点逐渐升高，蒸发器表面温度还未到结冰点，压缩机就开始断开，使得结冰时间逐渐推后。可以看出，若要避免蒸发器结冰出现，则应将off设置得较高，但同时off设置较高则压缩机通断频率也会升高，影响空调性能及压缩机寿命，所以off点不能一味设置得很高。出风口平均温度以及低压逐渐上升的原因主要是由于on设置得较高，on点设置较高会导致压缩机断开时间过长，出风口平均温度会有所上升，低压上升，影响舒适度。所以on点也和off点一样，要选取一个合适的范围，除了考虑如何防止结冰，还要同时考虑到压缩机通断频率及空调舒适性要满足要求。

分析了温控器设定点对各测量参数的影响及规律，再重新审视试验测量结果后，得出以下结论：

（1）[0，2]与[1，3]结冰出现时间较早，后空调出风口没有冷风吹出，已严重影响后空调属性，不可行。

（2）其余三个通断点结冰出现时间逐渐推后。虽然 [2.5，4.5]在试验末期才感受出风口风量明显减少，但因on/off温度上升，前后出风口平均温度已有较大上升。综合考虑仍有一定风险，不推荐。

（3）在模拟顾客使用极限工况下，2个温控器设定点皆未出现结冰现象。但[2，4]相比[1.5，3.5]，通断率较高。最终确定[1.5，3.5]通断点。

    

4、结论    

  

本文对某车型通过道路试验对蒸发器结冰现象进行复现，总结出蒸发器结冰出现的先决条件是高速、高湿、低鼓风机挡位、空调全制冷。同时车辆温控器位置和设置参数也是蒸发器结冰出现的原因。由于该车型零部件为冻结状态，所以在不改变温控器位置的前提下，通过改变温控器设置参数来改善蒸发器结冰现象。

通过极限工况和模拟顾客使用情况两种工况进行道路试验验证，分析各测量参数与温控器设置点的关系，总结出温控器参数设置对各测量参数的影响规律，从而确定了合适的温控器参数设置，试验结果表明，合适的温控器参数设置可以有效防止蒸发器结冰，并提高了空调的舒适及稳定性。选择合适的温控器参数设置对整车空调匹配至关重要。