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内外循环风门与新风控制
内外循环门是空调箱里性价比最高的一片门：关上它，夏天降温快、能耗低；但关久了，玻璃起雾、CO₂ 憋高、人犯困。本课讲这片门的结构与控制边界，把「省能、防雾、换气」三件互相打架的事放在一个判据体系里。
C2-09 · 乘员舱空调与 HVAC / HVAC 空调箱（总成）
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课程大纲
学完能做什么
- 能算出内外循环比例对空调负荷的影响量级，说明为何高温 pull-down 要走全内循环
- 能给出防雾所需的最小新风量判据，并识别起雾风险的先兆
- 能设计内外循环门的结构与中间开度能力（比例控制 vs 两位切换）
- 能定义 AQS/CO₂ 触发的自动内外循环切换策略与其安全边界
内容大纲
- 为什么内循环省能
- 空调负荷 ∝ 处理空气与目标状态的焓差：外循环处理的是 40℃ 室外空气，内循环处理的是已经凉下来的舱内空气
- 高温 pull-down 阶段全内循环是标准动作：负荷显著下降、降温速率明显提升（目标定义见 B1-04）
- 冬季同理：内循环减少把冷空气加热到舒适温度的热量，对电动车续航的意义更大（接 B4-02）
- 但新风量归零 = 湿度累积 + CO₂ 累积 + 异味累积，这三样都有硬边界
- 内外循环门的位置：鼓风机进口侧，是全箱最上游的门（承接 C2-01 气流路径）
- 结构设计与中间开度
- 门型：多为半月门或滚筒门，在外循环口与内循环口之间摆动，两个极限位各封一个口
- 两位切换 vs 比例控制：比例开度能给「一点点新风」，是防雾与舒适的重要手段，但对执行器精度与密封提出更高要求
- 中间开度的坑：两口同时半开时，鼓风机进口气流畸变严重，噪声与迎面风速均匀性一起恶化（接 C2-04/C2-05）
- 外循环口的上游：雨水分离（水槽/挡水板）、落叶与虫子的过滤，进水直接淹滤芯
- 内循环口的位置：常在副驾脚部或 IP 下方，取风点不能被乘客的包、脚垫堵住——这是真实的售后投诉源
- 防雾：内循环的硬边界
- 起雾机理：舱内水汽（呼吸、湿衣物、雨雪带入）累积 → 玻璃内表面温度低于露点 → 结雾；内循环把水汽关在舱内、露点持续上升，冬季玻璃又冷，起雾只是时间问题（详见 C5-03）
- 两条除湿路径：开新风（把湿空气换出去）或开压缩机（蒸发器把水凝下来）——冬天两条都要付能耗
- 最小新风量判据：按乘员产湿率与目标舱内露点做水汽平衡，反算所需换气量；注意 ṁ_a,fresh 是风量口径的量，整车上它是估出来的不是测出来的（由鼓风机工作点反推），软测量方法与误差边界见 C2-04 §5.6
- 防雾优先级高于省能：视野是安全项。控制策略必须允许「宁可多耗一点也要切外循环」
- 湿度传感器（风窗附近）+ 玻璃温度估算是主动防雾的输入（接 G12-01）
- 空气质量：CO₂ 与外部污染
- CO₂ 累积：全内循环下密闭舱内 CO₂ 随乘员数与时间上升，高浓度带来困倦与判断力下降——对驾驶安全是实质风险；V̇_fresh 与 ṁ_a,fresh 同为风量口径的估算量（口径见 C2-04 §5.6），而「多条下限取严者」这一手法与 C6-01 的风量下限取严是同一件事的两端
- 室外空气质量在中国是真实约束：隧道、拥堵车流、施工区，外循环把污染直接引进来
- AQS（空气质量传感器）：检测外部污染物，超阈值自动切内循环；解除后要能自动切回
- 两个方向相反的自动逻辑：AQS 要「污染时关外循环」、防雾/CO₂ 要「憋久了开外循环」——冲突时谁优先，必须在策略里写死
- 推荐优先级：视野安全 > CO₂ 健康 > 外部污染 > 能耗（接 C4-01/C4-02 的过滤能力，过滤越强越敢开外循环）
- 仲裁阶梯之上还压着一层安全事件强制置位：热失控预警/碰撞后烟气/外部火烧/严重工质泄漏信号 → 强制内循环、关严外循环门、鼓风机停转或降速；它不是「第五档」而是压在四档之上的一层，是全表唯一「宁可起雾也要闭紧」的分支，触发信号来自整车安全侧（接 K5-04/D5-04，电池包侧隔热泄压排烟边界接 D5-02），且不得沿用 AQS 的自动复位——须自锁并由安全侧显式解除，同时告知乘员
- 上述四档全是自动功能请求；用户手动按下循环键这类显式人为请求插在哪一档、被安全强制压过后是否回执，属请求源仲裁范畴，本课不展开，见 K3-16
- 自动策略与验证
- 典型策略：pull-down 阶段全内循环 → 温度接近目标后开一定比例新风 → 湿度/CO₂ 超阈值加大新风 → 起雾风险出现则强制外循环 + 压缩机；安全事件（热失控预警/碰撞后烟气/外部火烧/严重工质泄漏）置位则抢占整条链，反向强制内循环并自锁，不自动退出
- 定时换气：即使无传感器，也应按时间周期强制引入新风，这是最低成本的兜底
- 标定量：切换阈值、迟滞带（防止阈值附近反复横跳）、切换速率（避免出风温度阶跃）
- 验证：低温高湿舱内多乘员起雾试验、密闭舱 CO₂ 累积试验、高温 pull-down 对比试验（内/外循环）
- 整车验证的必要性：舱内产湿率与密封性因车而异，台架数据不能外推
- 事故态的门位要求与常态不同：不是「关到位」而是「压紧到密封」，验收口径用漏风量（接 C2-10）而非位置误差；该状态还须给出对乘员的告知方式
- 执行器本体失效的默认落位（现有兜底只覆盖传感器失效与新风路失效）：内外循环门执行器通信失联/位置未知/断电三态，按「防雾与视野优先于省能」定落位——冬季/高湿的安全落位是外循环侧而不是保持最后状态；落位能力受选型约束（自锁蜗轮蜗杆断电即保位、无弹簧复位则控制侧变不出安全位），决策链见 C2-03，三档失效语义见 G12-03，整车级汇总见 K5-02
关键公式
h_mix = φ·h_recirc + (1 − φ)·h_ambient
混合进风焓（φ 为内循环比例）；空调负荷正比于 h_mix 与目标状态的焓差，这是内循环省能的全部理由
Q_load = ṁ_a·(h_mix − h_supply)
空调箱需处理的负荷；φ↑ 则 h_mix↓（夏季），负荷直接下降
ṁ_a,fresh ≥ G_water/(d_in,max − d_ambient)
防雾所需最小新风量：由乘员产湿率 G_water 与目标舱内含湿量上限反算，是内循环比例的硬上限；车身自然渗透已带走一部分水汽，可抵扣其中一份，渗透量的机理、部件与整车换气量实测方法见 C2-18
V̇_fresh ≥ G_CO₂/(C_limit − C_ambient)
CO₂ 平衡所需换气量；乘员数越多所需新风越大，是全内循环不能长时间维持的量化依据
T_glass < T_dew(舱内) ⇒ 起雾
起雾判据；主动防雾即在此式成立前介入——降舱内露点或升玻璃温度，二选一或都做
关键概念
内外循环门内循环比例 φ新风量pull-down水汽平衡产湿率露点CO₂ 累积AQS 空气质量传感定时换气迟滞带比例开度
推荐工具与标准
GT-SUITE / KULI（内外循环比例对负荷的系统仿真） 低温高湿环境舱（多乘员起雾试验） CO₂ / 湿度记录仪（密闭舱累积试验） INCA / CANape（切换阈值与迟滞标定）
GB 11555-2025《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统技术规范》（2026-01-01 实施，全部代替 2009 版）——防雾的法规底线 GB/T 27630（乘用车内空气质量评价指南） GB/T 21361（汽车用空调器） ISO 12103-1（试验粉尘——外循环进气过滤评价用）
工程案例
某纯电 SUV 冬季雨天四人乘车，行驶二十来分钟前风窗大面积起雾：自动模式为省电长时间维持全内循环，湿度阈值也设得偏松。修正三条——按四人产湿率重算最小新风量、压低内循环比例上限；加定时强制换气兜底；把起雾风险判据提到能耗之前，风险出现即强制外循环并起压缩机除湿。
动手做
交付物 · 针对一台五座纯电车：① 按满载产湿率与目标舱内露点做水汽平衡，算出冬季防雾所需最小新风量，换算成内循环比例上限；② 按 CO₂ 平衡算同工况换气量需求，取两者严者为约束；③ 设计自动内外循环策略（pull-down 段、AQS 触发、防雾强制、迟滞带、定时换气兜底）并明确冲突优先级。交付计算表 + 策略状态机。
常见误区
- 为冬季续航把内循环拉满：省下的电换来起雾，视野是安全项，这笔账不能这么算
- AQS 与防雾策略各写各的、冲突时无仲裁：隧道里污染触发关外循环、同时起雾触发开外循环，门在两个逻辑间来回抖
- 切换阈值不设迟滞：阈值附近反复切换，出风温度跟着跳，用户感到「空调一阵一阵的」
- 外循环门密封不做：行车迎面动压把外气从缝里压进来，内循环名存实亡，pull-down 慢了还查不出原因
- 内循环取风口布置在容易被堵的位置：乘客一个包放下去就把进风口捂死，风量骤降，售后完全复现不了
- 把 AQS 的自动复位照搬到安全事件强制置位：热失控/烟气一旦触发强制内循环，就不能像「污染解除自动切回」那样自行退出，必须自锁、由整车安全侧显式解除，并对乘员可见
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