车辆工程技术
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车辆技术
0　概述
冷却风扇不仅为空调系统提供风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂，而且将发动机冷却系统提供足够的冷却风量，将发动机水箱降温。通过研究分析冷凝器风量分布及车载状态下的空调性能试验来匹配选择冷却风扇，以确保整个空调系统功能最佳。
1　冷却风扇简述
（1）冷却风扇主要功能是通风降温，一方面为空调系统的冷凝器提供足够的通风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂；另一方面为发动机舱提供合适温度场，使发动机舱内各零部件在正常工作温度环境下有效工作。 （2）冷却风扇总成设计的原则是在满足整车热管理系统能力的前提下，提高风扇效率，降低风扇噪声。冷却风扇功率过小或过大，通风量过小或过大，都是不可取的。空调系统对冷却风扇的具体要求，是在满足空调系统性能要求的前提下，尽可能选择低功率风扇总成。
2　冷却风扇设计
2.1　设计原则
（1）空调系统热力计算，制冷工况的设计依据GB/T2136-2008《汽车用空调器》进行核算，分析系统性能，如：压缩机功耗、系统COP 等。（2）参考汽车空调系统实际运行过程的复杂性和工况的多样性，调系统设计时一定要考虑冷却风扇对空调系统冷凝器热交换性能影响规律。（3）冷却风扇效率及噪声是风扇设计时两个重要指标，风扇设计原则是在满足整车热管理系统能力的前提下，风扇的风量能够满足空调系统冷凝器的热交换需要，尽可能提高风扇效率，降低风扇噪声。（4）不是风扇功率越大，对空调系统效果就越好。当风扇功率达到一定，能够提供足够的风量，保证冷凝器的热交换量时，此时再增加风扇功率，空调系统效果与之不成正比，在一定前端模块的布置结构情况下，有可能导致气流回流，导致冷凝器热交换性能变差，进而降低空调系统效果。（5）冷却风扇对空调系统冷凝器散热能力影响包括以下几个因数：①冷在冷却风扇效率一定条件下冷却风扇功率，也就是冷却风扇的通风量；②冷却风扇的扇叶大小；③冷却风扇相对水箱、冷凝器布置位置来考察冷却风扇功率对空调系统降温性能影响。2.2　冷却风扇设计过程
汽车空调冷却风扇设计主要使用相似设计的方法，一般情况下冷却风扇设计流程如图1
所示。
图1　冷却风扇设计流程
（1）叶轮尺寸确定主要包括叶轮外径、叶轮进口直径、叶片进口直径、宽度、出口宽度、叶片出口、进口安装角和叶片数量。常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；前向叶轮则相反。
（2）通风机进气装置主要包含进气室、进气口、进口导流器。通风机进口之前往往需要接弯管，气流要转弯，使叶轮进口截面上的气流更不均匀，增设进气室可改善性能，最好设计成收敛形式，要求底部与进气口对齐。进气口一般锥形经筒形的更好一些，弧形比锥形
的好，组合型的比非组合型的好。若需扩大通风机的使用范围和提高调节性能，可在进气口或进气室流道装设进口导流器，主要分为轴向和径向两种。
（3）蜗壳的作用是将离开叶轮的气体集中导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。蜗壳外形尺寸尽量选择小的，对高比转数的风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高静压值。
（4）参数计算确定。叶轮是风机传递给气体能量的唯一元件，其设计对风机影响甚大；能否正确确定叶轮的主要结构，对风机的性能参数起着关键作用。叶片出口角是设计首先要选定主要参数之一，叶片的设计最关键的环节是如何确定叶片出口角。叶片主要分为强后弯叶片、后弯圆弧叶片、后弯直叶片、后弯机翼叶片等，对于这种降低风机的实际压力而增加耗能的情况，对于每一种叶轮都存在着最佳叶片数量。
3　冷却风扇设计验证
（1）先将被测车辆静置在35℃左右的外界环境温度条件下50～60min，发现所布置的热电偶温度趋于稳定，以此模拟乘客在夏季进入被暴晒一段时间后的车辆。尽量保证每辆测试车的热电偶温度相近时开始试验，将车辆点火后模拟高速行驶工况，等待20min 后再记录各测点温度并取平均值。
（2）当驾驶员或乘客进入车内开启空调后，主要能通过两方面感知空调效果，一是直接感受出风口吹出的风是否凉爽，二是感受舱内的环境是否趋于舒适的温度。因此分别在空调吹面出风口和乘客呼吸点两处布置传感器进行测量。为测量出风口的温度，在4个吹面出风口的中心位置，分别固定K 型热电偶，前端测点伸入导向叶片37～50mm，以确保准确测量出风温度，使其不受乘客舱内环境的影响。然后在前排驾驶员和前排乘客的两侧肩部上方布置4个热电偶，模拟乘客的呼吸点位置，即乘客能感受到的舱内温度，最后将热电偶的另一端连接至Fluke 54-Ⅱ型温度采集设备，观察并记录所测得的温度值。
（3）搭建的样机系统在标准工况（制冷工况）下进行系统制冷剂冲量对比实验，最佳制冷剂充入量为750g。空调系统降温性能试验严格按照企业标准执行，包括以下三个工况：①怠速工况；②40km/h 工况，即在一定发动机转速及传动档位下模拟平坦道路工况，保证整车以40km/h 的稳定速度行驶；③90km/h 工况，即在一定发动机转速及传动档位下，模拟平坦道路工况，保证整车以90km/h 的稳定速度行驶。试验过程中选择不同功率的风扇，其中主风扇是指用于冷却系统的风扇，副风扇用于空调系统的风扇。当制冷系统工作时，启动副风扇多种组合分别在三种工况条件下验证不同功率风扇的降温数据，最终数据对比选型确定冷却风扇。
4　结束语
汽车空调冷却风扇选型与设计对于空调系统制冷性能起着非常重要的作用，需要进行深入研究和探讨，以便提升整个空调系统的性能，使乘客驾驶更加舒适。
参考文献：
[1]郑闲德.制冷原理与装置[M].北京：北京出版社,2001.
保定汽车[2]吴业正.制冷原理及设备[M].西安：西安交通大学出版社,2005.
浅谈汽车空调冷却风扇选型与设计
马　跃，王　雷
（曼徳电子电器有限公司保定热系统分公司，河北 保定 071000）
摘　要：冷却风扇是汽车空调系统的重要部件，冷却风扇的选型与设计对冷却系统和空调系统意义重大。本为主要从汽车空调冷却风扇简述、设计和验证方面进行总结和归纳。关键词：空调系统；冷却风扇；风量