第一章汽车空调基础知识

第一章汽车空调基础知识第一节汽车空调概况一、汽车空调的基本概念空凋即空气调节，它的意义是指在封闭的空间内，对温度、湿度及空气的清洁度进行调节控制。空调是汽车现代化标志之一，现代汽车空调的基本功能是在任何气候和行驶条件下，能改善驾驶员的工作劳动条件和提高乘员的舒适性。由于汽车空调的调节对象是车内的人，故偏重于舒适性的要求。舒适性是由人对车内的温度、湿度、空气流速、含氧量、有害气体含量、噪声、压力、气味、灰尘、细菌等参数指标的感觉和反映决定的。现代汽车空调就是将车内空间的环境调整到对人体最适宜的状态，创造良好的劳动条件和工作环境，以提高驾驶员的劳动生产率和行车安全。同时，保护乘员的身体健康，利于乘员旅游观光，学习或者休息。为此，现代汽车空调系统就必须具备完善的功能，以及完成这些功能所需要的装置。这些装置既可单独使用，也可综合使用，以完成空气调节工作。衡量汽车空调质量的指标主要有四个，即温度、湿度、流速和清洁度。1．温度在夏季人感到最舒适的温度是22～28℃，在冬季则是16～18℃。温度低于14℃，人就会感觉到“冷”，温度越低，越觉得手脚动作僵硬，不能灵活操作机件。温度超过28℃，人就会觉得燥热，温度越高，越觉得头昏脑胀，精神集中不起来，思维迟钝，容易造成交通事故，超过40℃，则称为有害温度，对身体的健康会造成损害。另外，人体面部所需求的温度比足部略低，即要求“头凉足暖”，温差大约为2℃。2．湿度人觉得最舒适的相对湿度夏季是50%～60％，冬季则是40％～50%。在这种湿度环境中，人会觉得心情舒畅，皮肤觉得特别光滑、柔嫩。湿度过低，人的皮肤会干燥，这是由于湿度太低时，皮肤表面和衣服都较干燥，它们之间（特别是化纤衣服）摩擦产生静电的缘故；湿度过高，人会觉得发闷，这是由于人体皮肤的水分蒸发不出来，干扰了人体正常的新陈代谢过程。3．流速人在流动的空气中比在静止的空气中要舒服，这是因为流动的空气能促进人体内外散热的缘故，所以，空气流速是汽车空气调节的重要内容之一。通常空气流速在0.2m/s以下为好，并且以低速流动为佳。4．清洁度由于车内空间小，成员密度大，全封闭空间的空气极易产生缺氧和二氧化碳浓度过高；汽车发动机废气中的一氧化碳和道路上的粉尘、野外有刺激性的花粉都容易进入车内，造成车内空气混浊，严重时会影响乘员的身体健康。舒适性环境参数如表1-1所示。表1-1舒适性环境参数项目范围温度/℃相对湿度（%）换气量（%）风速/m•s-1CO2(%)CO(%)加速度/m•s-2振动/mm噪声/dB冬夏舒适带范围16~1822~2850~7020~300.075~0.20.030.0130.245不舒适带0~1430~3515~3090~955~100.0750.30.030.0153265有害带04315，9550.4100.03415120二、汽车空调的工作特点汽车空调是房间空调的延续。但由于汽车空调是以消耗发动机的动力来调节控制汽车内的环境的，所以，了解汽车空调特点，有利于汽车空调的使用和维护。汽车空调的主要特点如下：1）因汽车空调安装在运动中的车辆上，要承受剧烈和频繁的振动和冲击，所以汽车空调的各个零部件应有足够的强度和抗震能力，接头牢固并防漏。汽车空调制冷系统极容易发生制冷剂的泄漏，破坏整个空调系统的工作条件，统计表明，汽车空调因制冷剂泄漏而引起空调故障的约占全部故障的80％，而且泄漏频率很高。2）空调系统所需的动力来自发动机，轿车、轻型汽车、中小型客车及工程机械，空调所需的动力和驱动汽车的动力都来自同一发动机，这种空调系统叫非独立式空调系统；对于大型客车和豪华型大中型客车，由于所需制冷量和暖气量大，一般采用专用发动机驱动制冷压缩机和设立的取暖设备，故称之为独立式空调系统。对于非独立式空调系统，会影响汽车的动力性能，但比独立式在设备成本和运行成本上都经济。汽车安装了非独立式空调后，耗油量平均增加了10％～20％（和汽车的速度有关），发动机的输出功率减少了10％～12%。3）要求汽车的制冷制热能力大，其原因在于：①车内乘员密度大、产生热量多、热负荷大，而冬天人体所需的热量也大。②汽车为了减轻自重，隔热层薄；汽车的门窗多、面积大，所以汽车隔热性能差，热量流失严重。③汽车都在野外工作，直接接受太阳的热辐射，霜雪的冷，风雨的潮湿，环境恶劣，千变万化。要使汽车空调能迅速地降温，在最短的时间里达到舒适的环境，要求制冷量就特别大。非独立式空调系统，由于汽车发动机的工况变化频繁，所以，制冷系统的制冷剂流量变化大。4）汽车空调结构紧凑、质轻。由于汽车本身的特点，要求汽车空调结构紧凑，能在有限的空间进行安装，而且安装了空调后，不致于使汽车增重太多，影响其他性能。现代汽车空调的总重，已经比20世纪60年代下降了50％，是原始汽车空调质量的1／4，而制冷能力却增加了50%。5）汽车空调的取暖方式与房间空调完全不同。对于非独立式汽车空调制暖，一般利用发动机的冷却水；而独立式空调系统则通常采用燃油取暖装置。三、汽车空调技术的发展汽车空调的功能是随着人们对汽车舒适性的要求不断提高，而从低级到高级，由功能简单向功能齐全方向发展的，其过程可以概括为以下五个阶段：第一阶段：单一供暖。1925年首先在美国出现利用汽车冷却液通过加热器的方法取暖。到1927年发展到具有加热器、鼓风机和空气滤清器等比较完整的供热系统。目前，在国内大部分货车上仍然使用单一供暖系统。第二阶段：单一制冷。1939年，由美国通用汽车公司首先在轿车上安装机械制冷降温的空调器，成为汽车空调的先驱。目前，在热带、亚热带地区，汽车空调仍然使用单一制冷系统。第三阶段：冷暖一体化。1954年美国通用汽车公司，首先在纳什牌轿车上安装了冷暖一体化的空调器，汽车空调才基本上具有调节控制车内温度、湿度的功能。随着汽车空调技术的改进，目前的冷暖一体化空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。这种方式是目前使用量最大的一种形式。第四阶段：自动控制的汽车空调。冷暖一体化汽车空调需要人工操纵，这显然增加了驾驶员的工作量，同时控制质量也不太理想。1964年美国通用汽车公司将自动控制的汽车空调安装在卡迪拉克轿车上。这种自动空调装置使用了电子控制方法，只要预先没定好温度，机器就能自动地在设定的温度范围内工作，达到调节车内空气的目的。第五阶段：微机控制的汽车空调。1973年美国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司一起联合研究微机控制的汽车空调系统，1977年同时安装在各自生产的汽车上。随着微电子技术的发展，微机控制的汽车空调功能不断增加和完善，实现了控制显示数字化，冷、暖、通风三位一体化，故障诊断智能化。目前，高档轿车全自动空调已经与车身计算机系统组成局域网络，计算机根据车内外的环境条件，自动控制安调系统的工作，实现了空调运行与汽车运行的相关统一，极大地提高了调节效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和最佳舒适性。我国汽车空调工业的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是从20世纪60年代初到20世纪70年代末，主要是利用汽车发动机排出的废气或冷却循环水产生的热量来供给车室内采暖。第二阶段是20世纪80年代初至20世纪90年代初。20世纪80年代初期，我国从日本购进制冷降温用的汽车空调系统，装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上；20世纪80年代中后期，我国一汽、上海、北京、广州、佛山等厂从日本、德国引进先进的空调生产线和空调生产技术，生产大中型客车、轻型车及轿车的空调系统。第三阶段是从20世纪90年代开始到目前。国内有一批形成生产规模的汽车空调制造企业，分别从国外引进最先进的压缩机、冷凝器和蒸发器的生产技术和生产线。同时，按照《蒙特利尔议定书》和《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》的要求，普及应用汽车空调制冷系统工质由R12向R134a的转换。至此，我国汽车空调技术在短时间内接近了世界先进水平。四、空调制冷新技术在汽车上的应用随着人类对环境污染的重视和科技水平的提高，目前，在汽车空调制冷系统采用了许多新技术，如氢化物汽车空调系统；二氧化碳汽车空调系统；固体吸附式汽车空调系统；吸收式汽车空调系统等。第二节汽车空调系统的组成与分类一、汽车空调系统的组成汽车安装空调系统的目的是为了调节车内空气的温度、湿度，改善车内空气的流动性，并且提高空气的清洁度。因此，汽车空调系统主要由以下几部分组成。（1）制冷装置（系统）对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却或除湿，使车内空气变得凉爽舒适。（2）暖风装置主要用于取暖，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖、除霜的目的。（3）通风装置将外部新鲜空气吸进车内，起通风和换气作用。同时，通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。（4）加湿装置在空气湿度较低的时候，对车内空气进行加湿，以提高车内空气的相对湿度。（5）空气净化装置除去车内空气中的尘埃、臭味、烟气及有毒气体，使车内空气变得清新。将上述全部或部分有机地组合在一起安装在汽车上，便组成了汽车空调系统。在一般的轿车和客、货车上，通常只有制冷装置、暖风装置和通风装置，在高级轿车和高级大、中客车上，除了制冷装置、暖风装置外，还有加湿装置和空气净化装置。二、汽车空调系统的分类1．按功能分类按功能可分为单一功能和组合式两种。l）单一功能是指冷风、暖风各自独立，自成系统，一般用于大、中型客车上。2）组合式是指冷、暖风合用一个鼓风机、一套操纵机构。这种结构又分为冷、暖风分别工作和冷、暖风可同时工作两种方式，多用于轿车上。2．按驱动方式分类按驱动方式可分为非独立式汽车空调系统和独立式汽车空调系统两种。1）非独立式汽车空调系统空调制冷压缩机由汽车本身的发动机驱动，汽车空调系统的制冷性能受汽车发动机工况的影响较大，工作稳定性较差。尤其是低速时制冷量不足，而在高速时制冷量过剩，并且消耗功率较大，影响发动机动力性。这种类型的汽车空调系统一般多用于制冷量相对较小的中、小型汽车上。2）独立式汽车空调系统空调制冷压缩机由专用的空调发动机（也称副发动机）驱动，故汽车空调系统的制冷性能不受汽车主发动机工况的影响，工作稳定，制冷量大，但由于加装了一台发动机，不仅增加了成本，而且体积和重量也增加了。这种类型的汽车空调系统多用于大、中型客车上。第三节热力学基础知识—、温度温度是用来衡量物体冷热程度的物理量，测量温度的标尺称为温标。工程上常用的温标有：（l）摄氏温标用符号t表示，单位为(℃)。它将标准大气压下冰的融点定为0℃，水的沸点定为100℃，两者之间均分为100分度，每单位分度为摄氏一度，表示为l℃。（2）华氏温标用符号F表示，单位为（°F）。它将标准大气压下冰的融点定为32°F，水的沸点定为212°F，两者之间均分为180分度，每单位分度为华氏一度，表示为1°F。（3）热力学温标热力学温标又称为绝对温标或开氏温标，用符号T表示，单位为（K）。这个温标所定义的热力学温度以绝对零度（－273.16℃）为基准。三种温标的比较如表1-2所示。表1-2温标的比较换算温度标定名称代号单位换算方法摄氏温度t℃t=5/9(F-32)华氏温度F°FF=9/5t+32热力学温度TKT(K)=t+273用于测量温度的仪表称为温度计。测试汽车空调性能常用的温度计有：压力表式温度计、热电偶温度计和热敏电阻式温度计（数字式），它们是利用蒸汽的饱和压力和饱和温度的对应关系（压力表式温度计）或某些材料的热电效应进行温度测量的。下面介绍干球温度、湿球温度、干湿球温差、露点温度、冷凝温度、蒸发温度。1．干球温度和湿球温度l）干球温度是指用干球温度计测量空气温度时，干球温度计所指示的温度，就是我们通常使用的温度计所测量的空气温度。2）湿球温度是指在稳定条件下，湿球温度计所指示的温度。如图l-1所示，在感温球上包上纱布，并把纱布的一端放在水槽中，靠毛细管现象把水吸上去，使感温球湿润。由于湿纱布上的水分蒸发需要吸收相应的汽化潜热，所以湿球温度计上的读数将要比干球温度计上的读数低一些，此时湿球温度计所指示的温度叫湿球温度。标准湿球温度应在感温球周围有3