摘 要：本文对一种目前在业界流行的汽车空调箱温度风门结构及布置形式，运用CFD虚拟分析手段，模拟了自定义抗结霜试验工况下，汽车空调箱温度风门结构及布置形式对EAT传感器附近温度场的影响；然后通过环境模拟试验验证了该温度风门结构及布置形式对整车空调性能（包括抗结霜性能和空调制冷性能）的显著影响。对采用这种目前业界流行的汽车空调箱温度风门结构及布置形式有很好的参考和借鉴意义。
关键词： 汽车；空调箱；温度风门；制冷性能；抗结霜性能
中图分类号：U463.85+1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）01-0020-06
汽车行业内的竞争日趋激烈，高质量是品牌市场占有率的保证，低成本是品牌市场利润率的保障。平台化及零件共用开发策略是低成本高质量整车开发的一条有效途径，该策略同样被广大汽车零部件或系统供应商所广泛采用。某汽车公司生产的本土平台B汽车，作为空调系统核心部件之一的空调箱的低成本高质量思路是：蒸发器和加热器沿用旗下本土平台A的成功设计，同时占空调箱供应商大量开发周期和开发费用的空调箱冷热空气混合腔也基本沿用本土平台A的设计；如此，本土平台A和本土平台B的空调箱核心部件实现了共用，空调箱供应商的零部件开发周期大大缩短，开发风险大大降低，零部件的模具费和开发费用也大大削减。
但是，存在的问题是：本土平台B的CCB（十字梁）与本土平台A的CCB（十字梁）完全不同，所以空调箱壳体的结构也发生很大改变，从而导致温度风门的结构形式、蒸发器和加热器在x向的距离等改变，这些结构的改变导致了采用定排量压缩机的整车空调系统性能（包括空调制冷性能和抗结霜性能）的变化。图1所示为本土平台A使用的空调箱a内部结构示意图；图2所示为本土平台B使用的空调箱b内部结构示意图，其设计主体来源于空调箱a，而空调箱b中的温度风门结构及布置形式被目前业界所广泛采用。根据零部件级台架实验数据，空调箱a和b均满足同一个heat pickup的SSTS指标，但是空调箱b的heat pickup测试值比空调箱a的heat pickup测试值要大一倍左右，同时空调箱的heat pickup会不会对EAT sensor的控制产生影响，哪种空调箱内部结构受其影响更大？下文首先运用CFD虚拟分析手段进行，对某一自定义抗结霜试验工况进行模拟。
1 CFD虚拟计算结果和分析
CFD的模拟工况是低空调热负荷和空调鼓风机在一档，图3是模拟空调箱a内部结构heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3所在XZ截面的温度场影响，图4（a）是模拟空调箱b内部结构heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3所在XZ截面的温度场影响，图4（b）是模拟空调箱b的EAT所在YZ截面的速度矢量图，图4（c）是空调箱b内部结构heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3所在YZ截面的温度场，表1是蒸发器芯体空气流出面温度分布之空调箱零部件级试验（w/o heat pickup）结果，而图5是对表1中测量数据的图形化处理。
图3直观地显示了空调箱a的heat pickup形成机理是经过蒸发器的较冷气流以射流形式将加热器后空腔内的空气带出，强制带出的空气与加热器之间会形成了弱的对流换热；但是，空调箱a内部结构其heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3的周边温度场基本没有影响。
图4（a）直观地显示了空调箱b内部结构heat pickup导致sensor3温升约在2.2度，空调箱b内部结构heat pickup导致sensor2温升约在1.4度，空调箱b内部结构heat pickup导致sensor1温升约在0.72度。图4（b）和图4（c）直观地显示了空调箱b的heat pickup形成机理是经过蒸发器的较冷气流直接从加热器进风表面的一侧（即蒸发器出风速度大的地方）扫向加热器进风表面的另一侧（即蒸发器出风速度小的地方），在此过程中较冷气流与加热器之间形成了强制对流换热；可以看出，空调箱b内部结构其heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3处的温度值影响非常明显。图4（c）同时也显示了空调箱b的heat pickup对sensor1、sensor2和sensor3所在YZ截面的温度场影响的不均匀性，可以看出，当EAT有安装偏差，或空调负荷发生更改，或鼓风风量发生更改，或发动机水温发生更改等都可能导致sensor1、sensor2和sensor3在同一设定值下对应的空调系统的抗结霜功能失效，即空调系统的抗结霜性能的可靠性是很差的。
情景一：如图5所示，当不考虑heat pickup时，依据空调箱零部件级试验的蒸发器表面温度分布，选择56号点作为EAT放置点，在同一EAT通断压缩机的设定值下对应的空调系统的抗结霜能力将最强；但图4（a）和图4（c）显示56号点受heat pickup影响最为明显，所以EAT若放置在该点对应的空调系统的抗结霜性能的可靠性将变的很差。
情景二：如图5所示，当不考虑heat pickup时，依据空调箱零部件级试验的蒸发器表面温度分布，选择49号点作为EAT放置点，在同一EAT通断压缩机的设定值下对应的空调系统的抗结霜能力将不是最强；但图4（c）显示49号点不受heat pickup影响使得该处的温度值比较稳定，所以EAT若放置在该点对应的空调系统的抗结霜性能的可靠性将会很好。
情景一和情景二的具体实施例，分别对应某公司在华销售的本土平台B和某一全球平台的车型（两者使用相同的蒸发器芯体，且空调箱温度风门结构及布置形式基本类似）；实车测试中发现该本土平台B和该全球平台的车型达到了基本相同的空调系统抗结霜性能，但情景一需选择52号点作为EAT放置点同时切断压缩机的设定值要比情景二选择的49号点高出1.5度，而表1所示的当不考虑heat pickup时，依据空调箱零部件级试验的evap表面测量温度分布，52号点的温度反而比49号点低了1.2度，可见heat pickup对sensor2带来了约2.7度的影响，基本与图4-2所示结果相一致，从某一角度说明CFD虚拟分析过程中作者采用的简化分析方式是合理的，及得到的结果是基本可信的。