汽车空调润滑油最佳加注量试验方法研究

汽车空调润滑油最佳加注量试验方法研究

田汪庆

安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230000

摘要：汽车空调系统主要由压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、管路等核心部件组成。它是为汽车乘员舱营造良好气候环境、保证驾驶舒适性的重要组成部分，也是汽车的主要耗能单元之一，对新能源汽车的续航里程影响尤为明显。在国家节能减排的大背景下，以降低能耗、提高效率为目标的“高效空调”概念应运而生，成为汽车空调行业的主要研究课题之一。目前实现“高效空调”的主要技术途径包括采用高效压缩机、高效换热器、同轴管技术和系统匹配优化。其中，系统匹配优化措施具有成本低、周期短、无风险、应用广泛等优点，受到汽车及零部件厂商的广泛青睐。

关键词：汽车空调系统；压缩机；润滑油；加注量；

根据压缩机的结构特点和润滑油的作用机理，提出了一种标定汽车空调系统润滑油最佳加注量的试验方法。以新能源汽车空调系统为例，搭建了试验台进行实践。

一、润滑油种类、作用及选用原则

汽车空调压缩机所用润滑油又称冷冻油，大类分为矿物油、合成油。合成油主要包括POE、PAG两类。根据润滑油粘度等参数，可进一步细分为不同牌号。该润滑油需要与制冷剂有良好的互溶性，有适宜的黏度、闪点、倾点，极好的黏温性能、抗乳化性能、抗泡性能、氧化安定性能，还需要具备积炭倾向性小、不腐蚀空调系统零部件且防腐蚀性好等要求。在压缩机运转过程中，其润滑油主要有润滑、密封和冷却等3个作用。为保证空调系统及压缩机可靠运行，选择相匹配的润滑油主要参考以下2个方面：（1）制冷剂种类。矿物油用于R12制冷剂（因破坏大气臭氧层已被淘汰）。当前主要使用的R134a、R1234yf制冷剂，需配套使用合成润 滑油。（2）压缩机结构形式。电动汽车空调压缩机润滑油需考虑腐蚀性、吸水性，常用POE68润滑油。旋叶压缩机润滑油黏度要求较高，常用PAG100润滑油；而涡旋压缩机、活塞压缩机所用润滑油粘度较低，常用PAG46、PAG68等牌号润滑油。

二、润滑油最佳加注量试验方法研究

1.试验方法理论依据。排气温度是压缩机工作过程中一个极为重要的参数。排气温度过高，将会产生密封橡胶老化、摩擦面过热、润滑油碳化、黏度降低、润滑性能下降等问题，严重影响压缩机的可靠性。压缩机润滑油主要作用包括润滑、密封、冷却等，其加注量将直接影响压缩机内部零部件运行状态，可决定零部件摩擦和制冷剂内泄漏产生额外热能的多少。因此，针对同一系统相同运行工况，随着润滑油加注油量逐渐增加，压缩机排气温度将逐渐降低并最终趋于平稳。监控排气温度曲线变化，可得到该空调系统最佳的润滑油加注油量。

2.润滑油最佳加注量试验工况提取。（1）实车工况分析。分析汽车空调系统实车运行条件，主要有2种极限工作状态：1）高温环境下，汽车静止怠速状态。整车没有迎面风，冷凝器主要靠冷凝风扇散热冷却，系统压力高；而压缩机处于最低转速，制冷剂流量低，系统回油受到影响。此时空调系统吸 气压力大致为0.3~0.4 MPa，排气压力大致为2.5~ 3.0 MPa。2）高温环境下，汽车高速行驶状态。压缩机处于最高转速运转，制冷剂流量大，流速快，润滑油将被大量排出，若回油不及时，易出现缺油，造成压缩机卡死等故障。此时吸气压力大致为0.2~0.3 MPa，排气压力大致为2.0~2.5 MPa。此外，在上/下坡及左右倾斜路况，压缩机随车辆倾斜，润滑油不能保持在原有位置，将影响其正常润滑。因此，不同结构压缩机需设置不同的最低油量要求，以保证极限状态下的润滑需求。（2）台架试验工况提取。为满足试验台架评价需要，基于实车运行极限状态，可提取低速高负荷、高速高负荷两种极限试验工况。

3.润滑油最佳加注量试验方法设计。设计思路：基于分析汽车空调系统实际工作状态，提取压缩机低速高负荷和高速高负荷2种极限工况，通过搭建实车空调系统台架进行模拟，监控记录不同润滑油加注量下压缩机吸、排气温度及压缩机重量数据，并根据吸、排气温度及压缩机重量变化趋势确定最适合的加注油量。通过台架试验的方式实现润滑油最佳加注量精准快速标定目的，保证空调压缩机耐久可靠性，提高系统制冷效率。试验台架需能够控制压缩机转速、蒸发器和冷凝器风速，并监控压缩机吸、排气压力及吸、排气温度。

三、润滑油最佳加注量试验方法实践

1.试验设备及样件准备。试验主要设备包括实车空调系统控制台、温度传感器、压力传感器、转速传感器、电子秤及量杯等，试验样件包括压缩机、蒸发器（带膨胀阀）芯体、冷凝器芯体、全套管路，均为全新状态，未加注润滑油。

2.试验过程简述。按照试验流程，首先对各零部件称重并记录初始质量。压缩机无油状态重5 944 g（60 mL润滑油），蒸发器芯体1 041 g，冷凝器芯体1 470 g，排气管245 g，吸气管481 g，高压液体管110 g。根据经验，该空调系统初始润滑油加注量设定为60 mL。将各零部件搭建到实车空调系统控制台架上，由于管路结构限制，本套系统蒸发器芯体放入HVAC空调总成中进行风量控制。按预设试验流程进行低速高负荷、高速高负荷工况测试记录，并按照每次10 mL的油量递增，循环进行试验，直至压缩机排气温度稳定，不再明显降低为止。在系统拆装过程中，需避免润滑油滴漏损失。制冷剂回收需等待压力平衡后再缓慢进行，防止润滑油被制冷剂带走。

3.试验结果及评判。整理汇总上述试验过程记录的吸、排气温度及压缩机储油量数据。数据经处理，可得到该空调系统的吸、排气温度及压缩机储油量变化曲线，当润滑油加注量为110 mL时，排气温度变化趋于平稳，压缩机储油量达52 g，已经满足该压缩机机体内部最低润滑油量50 g需求。根据润滑油加注量标定试验的评判标准，同时考虑装机过程中可能的损耗，确保空调系统运行的安全性，预留一定的富余量，本系统标定宜确定为120 mL。为进一步确认加注120 mL润滑油时系统中润滑油分布情况，重新将系统油量调整为120 mL， 运行低速高负荷和高速高负荷2种极限工况，然后停机，待压力平衡后，缓慢回收制冷剂，拆下各零部件。其中，压缩机6 000 g，蒸发器芯体1 063 g，冷凝器芯体1 496 g，排气管249 g，吸气管496 g，高压液体管111 g。整理分析试验前后零部件质量差异，可得该空调系统润滑油分布数据见表1。

表1空调系统润滑油分布

由表1统计数据可知，润滑油主要分布在压缩机、冷凝器芯体、蒸发器芯体中，分别约占总油量49%、23%、19%，管路中主要为管壁残留，油量较少，占总油量约9%。此外，试验后空调系统零部件总储油量为114 g，而加注120 ml润滑油重约116 g，油量减少2 g。出现油量减少的原因主要有电子秤精度不够产生累计误差、润滑油溶入制冷剂被回收和空调系统零部件拆装过程中滴漏等3个方面。根据润滑油的分布试验结果，考虑拆装滴漏及制冷剂回收过程中损失的润滑油量5~10 mL，在售后维修更换该空调系统各零部件时，需补充润滑油油量可参考如下： （1）更换蒸发器芯体总成，润滑油补充量为30 mL；更换冷凝器芯体，润滑油补充量为35 mL；更换吸、排气管路时，润滑油补充量为15 ml；更换高压液体管时，润滑油补充量为10 mL。（2）重新充注制冷剂时，润滑油补充量为 10 mL，若只是补充少量制冷剂可不补充润滑油。（3）更换压缩机时，由于一般新压缩机含有整个系统所需的120 mL润滑油，因此需要从新压缩机减少50 mL润滑油。

总之，汽车空调系统润滑油最佳加注量试验方法可广泛适用于传统汽车和新能源汽车空调系统，兼顾了汽车空调压缩机可靠性和汽车空调系统换热效率。同时，根据试验后统计的润滑油分布数据，可以精准确定该汽车空调系统在售后维修时润滑油的补充量，进一步保障其售后市场的可靠性和换热效率。

参考文献：

［1］ 唐斌，浅谈汽车空调润滑油最佳加注量试验方法研究.2020.

［2］ 武佳玮，压缩机转速对新能 源汽车空调制冷性能的影响.2019.