第七章中大型汽车空调系统

第七章中、大型汽车空调系统中大型汽车种类繁多，结构各不相同，即使是同一种形式的汽车，又由于使用对象不同而有不同的车内布置及要求。第一节中、大型汽车空调系统的结构与工作方式一、中大型汽车空调系统的原理与特点1．中大型客车空调中大型客车通常指25座以上或车长大于7米长以上的汽车。随着公路客运量的增加、人民生活水平的提高、以及旅游事业的发展，我国大中型空调客车逐渐得到发展。近年来，高速公路的大量建成，有力地推动了对豪华型空调客车及豪华型长途卧铺空调客车的发展。（1）中大型客车空调的特点1）由于乘员密度高、车身热负荷大，所以要求制冷量大、空调机组重量大。布置空调系统时要考虑汽车负荷分配及局部车身强度（包括车架和车体）。2）由于乘员多、车身长、要求送风量大，送风管路一般较长，将造成较大的管道送风阻力和送风噪声。设计和布置空调系统时，应尽量缩短送风管道，减少弯道，减小气流阻力，使气流组织和配气合理。3）空调机组和送风管道在整车中占有的体积比例较大，对汽车外形、内饰造型、乘员的乘坐舒适性都有较大影响。4）空调机组价格占整车成本的比例较高。（2）中大型客车空调的基本结构中大型客车的空调系统，绝大部分为独立式。由于中、大型客车的制冷、制热量大，通风要求高，且其制冷、制热形式多种多样，导致中、大型客车的空调形式的多样。中型客车中采用斜盘式压缩机的较多，大型客车上则主要采用曲轴连杆式压缩机。为了解决低速时的空调性能，非独立式大客车空调也有采用两个斜盘式压缩机的。个别车型还采用了螺杆式压缩机。热交换器以管片式为主。中型客车空调采用管带式冷凝器的居多，也有采用平流式的。空调装置采用整体独立式、分体独立式、车外顶置式、车内顶置式、后置式等多种形式。中型客车的采暖有采用余热式的，也有采用独立燃烧式的。而大型客车的采暖大多采用独立燃烧式，加热器安装在车架中后部压缩机组的另一侧。暖风通过布置在地板两侧的暖风管道送向乘员脚部。（3）中大型客车的压缩机布置及动力传递l）压缩机现状：目前车用空调压缩机中，曲轴连杆式（简称直立式）有较大排量，最大排量可达650ml。其他形式中，最大排量的是电装双向斜盘式10P35压缩机，排量为350m1。2）非独立式空调的压缩机布置：中型客车的空凋压缩机一般都采用主机带动。只采用一个压缩机，压缩机支架多固定在发动机上。大型客车的空调压缩机常采用一个大的曲轴连杆式压缩机，压缩机支架安置在靠近发动机的底盘上，有一套张紧皮带及调整压缩机前后位置的机构。也有采用两个斜盘式压缩机的，用一根长皮带同时将两个压缩机与主机带轮相连，也可用两根皮带，将每个压缩机分别与主机带轮相连。两个压缩机可以水平并列布置，也可上下布置。采用一个大的曲轴连杆式压缩机，结构布置比较简单。安装位置占用空间较小。但由于允许转速范围较窄，导致汽车低速或怠速运行时，因压缩机转速过低而使系统制冷量大幅下降。斜盘式压缩机的转速范围大，允许最高连续转速可以在5000r/min以上。这样，在汽车低速行驶时，压缩机的转速不会太低，解决了低速运行时制冷量不足的问题。3）非独立式空调的制冷回路：对于蒸发器及冷凝器各由几个换热芯子组成的空调装置，采用两个压缩机时，可以将两个压缩机并联成一个系统工作，也可以分成两条各自独立的制冷回路，有各自的控制系统，但操纵板合用。当一条制冷回路出故障时，另一条制冷回路仍可正常工作，提高了总的空调工作可靠性。这种各自成系统的方式也解决了两个压缩机出口状态不相同时对汇合后的制冷剂工作造成的负面影响。另一种双机并联方法是两台压缩机分别用温控器控制各自的电磁离合器。两个温控器的设定温度不同，例如一个设定在蒸发器表面温度略高于0℃时中断电源，一台压缩机停转；另一个设定在蒸发器表面温度低于0℃时关机，因为此时只有一个压缩机在工作，很难使蒸发器表面温度达到0℃，这样既能防止蒸发器表面积霜，又能保持车室内较低室温，而且节能50％。由于压缩机保持长时间连续运转，使车内温度较稳定，减少波动冲击，提高了舒适性。这种系统应用于长途高速客车。（4）独立式空调的动力传递方式独立式空调系统中，由于辅助发动机转速可以恒定，为采用大的曲轴连杆式压缩机创造了条件，所以大多数独立式空调系统均采用曲轴连杆式压缩机。压缩机与发动机的连接有以下几种方式。1）压缩机与发动机通过挠性联轴器相连：压缩机不带电磁离合器，要停止压缩机运转，必须让发动机停转。由于发动机不宜频繁起动，因而不能以压缩机停转方式使蒸发器化霜，一般只能靠制冷剂旁通回路来解决。有的机组也靠蒸发器压力控制器解决蒸发器化霜问题。2）发动机通过挠性联轴器与压缩机的电磁离合器相连：压缩机通过电磁离合器的离合而工作。因而可采用CCTXV系统解决蒸发器除霜问题。这种动力传递方式具有尺寸比较紧凑，避免了需要张紧机构及皮带易磨损的问题，蒸发器除霜问题也比较容易解决。缺点是成本略高。3）发动机通过皮带与压缩机的电磁离合器相连（与非独立式相同）：这种方式的优点是动力传递结构比较简单，无需专用挠性联轴器，蒸发器除霜问题容易解决。缺点是位置安排（指辅助发动机与压缩机）有一定困难。水箱的位置影响了对系统维修的接近性。另外，这种方案皮带数量较多，更换皮带也较麻烦。独立式空调系统中，压缩机的转速是由辅助发动机决定的，有的系统只有一种固定转速，但大多数系统有二档或三档不同转速。同时，控制电路也可改变风机转速，从而改变了制冷量。（5）中大型客车空调的控制与安全措施中大型客车空调系统由驾驶员进行控制。一般在驾驶员前方仪表板上或侧面车门位置附近设有空调控制柜（或控制板）。中大型客车的空调系统必须有监视、报警及安全功能。独立式空调系统采用的辅助发动机必须有水温、油压、电源、压缩机的高、低压等报警装置。对于以辅助汽油机作为动力源的，当系统压力异常升高时，要能自动切断发动机点火回路；对于以辅助柴油机作为动力源的，要能自动切断燃油、空气系统。2．载货汽车的空调为提高汽车行驶时的安全性和运输效率，改善劳动条件，近年来，载货汽车上安装空调的也越来越多。（1）载货汽车空调的特点l）与轿车相比，载货汽车空调的热负荷较大。热负荷来自三个方面，一是太阳辐射热大。近年来不少载货汽车追求大窗玻璃，因此进入驾驶室的太阳辐射增加。二是车壁传热大。随着驾驶室越来越大，尤其是有些长途货车将驾驶室后排作为卧铺，加上采用平头驾驶室，发动机在驾驶室内，也是热源。一般载货汽车车壁的隔热密封性能较差，传热比轿车高得多。三是载货汽车门窗及孔管的缝隙比轿车大，增加了热负荷。2）平头驾驶室重心高、振动大，要求制冷管有较好的柔软性。3）载货汽车运行时，平均发动机转速比轿车低，因此，压缩机与发动机的转速比与轿车不同，要减小压缩机皮带盘直径，以提高压缩机转速。4）载货汽车使用寿命一般在10年以上，而其行驶条件比较苛刻，要求空调系统的耐振性、耐候性、耐蚀性、耐水性、耐尘性都要好，轴承寿命、润滑寿命都要提高，尤其是耐振性成为载货汽车空调系统的一个重要指标。5）与轿车以舒适性为首要目的不同的是，载货汽车安装空调的目的主要为了提高行驶安全性、改善劳动环境条件。一般大型载货汽车的制冷能力在3.2～4.5kW之间，中小型载货汽车在2～3kW之间，压缩机一般采用斜盘式结构。载货汽车一般都采用非独立式空调系统，冷凝器放在水箱前面，蒸发器的形式有仪表板式、一体式及车顶式几种。所谓一体式指按车型专门设计的，具有冷、暖、换气等几种功能的空调器，与普通轿车空调相似。车顶式空调器最初是出现在矿用车上的，蒸发器与冷凝器做成一体，冷风直接从车顶吹下，暖风机放在仪表板下。车顶式空调器安装比较方便，不占用车内空间，送风自上而下，比较合理，但重量较大。对于大型长途载货汽车，由于司机几乎整天呆在车内，要求车内一定的舒适环境。近来有的载货汽车上采用类似客车的多出风口式送风装置。蒸发器有两个，布置在驾驶室内后顶部，可分别调节左右出风口风量及温度。在仪表板左右都各设有出风口，在驾驶室内后顶部还设有几个出风口，以利于司机睡觉时开空调，左右温度和风量的不同调节可以弥补太阳辐射从不同方向进入时对车内不同部位温度上升的影响。3．冷藏车空调与制冷l.5～2t小型冷藏货车的制冷系统除供给冷藏车厢冷气以外，还供给驾驶室冷风。该系统有一个压缩机，一个冷凝器，两个蒸发器（一个高温、一个低温）。由电磁阀控制两个蒸发器的流向，一个蒸发器安装在冷藏车前端，蒸发压力比较低，作冷藏用；一个蒸发器安装在驾驶室内，由蒸发压力调节阀控制，使蒸发压力提高，作空调用。冷藏货车制冷机组有下列布置方式：（l）头部安装整体型蒸发器、冷凝器与压缩机、电动机安装成一个整体，装在冷冻厢体前部，在汽车行驶过程中利用汽车发电机产生的电流带动压缩机工作，制冷系统产生的冷气使车厢温度降至0℃以下。当汽车停靠时，则可利用外接电源使制冷机工作。这种结构安装方便，但要加长汽车总长度，或减小冷藏箱尺寸。还有一种整体型制冷机组，由专用发电机带动电动机，不受汽车行驶速度的影响。（2）分散安装型分散安装型的蒸发器安装在冷藏厢体内。冷凝器有两种位置，一是放在厢体前上部，驾驶室的上方，另一种是放在厢体前下方，这两种位置都不占用汽车有效长度。压缩机的驱动有两种形式：一是直接由汽车主机带动；另一种除了由主机直接带动外，还设有压缩机电动机组，当汽车不运行时，由外接电源带动电动机运转。二、中大型汽车空调风量配送与调节1．中大型汽车空调通风中大型汽车空调通风也分为自然通风和强制通风两种方式。（1）自然通风方式它也是利用客车行驶时车身外表面的空气压力分布来进行通风（工作原理参见第四章有关内容），图7-1所示为客车自然通风及冷暖风布置，新风从后侧面的正压区进入车厢，从前门负压区流出，暖风从足部吹入车厢，冷风从顶部吹入车厢，形成头凉足暖的合理分布，前车窗下面出来的是除霜用的热风。图7-l客车自然通风及冷暖风布置（2）强制通风方式它利用风机强制引入室外新鲜空气，其进风口一般设置在车顶位置，以免灰尘污染，排风口可设在车体尾部，排出车内污浊空气。2．中大型汽车空调风量配送与调节中、大型汽车空调送风口的种类繁多，按送风口安装位置分为顶棚送风口、侧送风口、窗下送风口及地面送风口等。通常将安装在侧墙（壁）上或风管侧壁上的送风口统称为侧送风口。单侧送风口一般采用上送下回方式，见图7-2，这种方式一般适用于载货汽车驾驶室，结构简单，送风口设在车顶。温度比较均匀、稳定。图7-2单侧送风口（上送下回）如果车室宽大，单侧送风可改成双侧送风。除了采用上送下回方式外，有时也采用上送上回方式，见图7-3b。图7-3双侧送风a）上送下回b）上送上回大型客车空调，以管道输送冷气，常用球型转动喷射式送风口送风。球型转动，可根据人体要求的风位和风量自行调节，这种送风口结构，具有风量、射流轴线，仰角和送风方向调节功能，是大型汽车空调主要的送风口形式。正、副司机座处，常用格栅送风口、百叶送风口（根据需要设置，1～3层可转动的叶片）、条缝送风口。由于排风口附近流速急剧下降，对室内通风的影响不大，因而排风口构造比较简单，类型也不多。最简单的就是在孔口上装金属网，以防杂物被吸入。排风口有时装有格栅，或活动百叶进行调节排风量。排风口的形状和位置根据通风要求而定，大型汽车空调，一般排风口设置在座位下方。3．空调配气空调配气，主要是解决车室内温度、风量控制的自动化和各类通风调温方式，以提高舒适性。中大型车的配气原则和基本方式与轿车相似，可参见第三章有关内容。4．温度调配控制系统近年来，中、大型客车空调系统发展得非常迅速，控制系统已经实现计算机全自动控制，这些控制、监视和自动保护功能都由计算机集中控制和操作。例如温度自动控制是依靠大气温度、车内温度、阳光辐射和蒸发器温度等四个传感器，根据不同温度下的不同阻值，转换成不同的电压信号以及调温键的电阻电压信号各自独立输入计算机。如图7-4所示。图7-4中大型客车空调系统计算机控制结构图l-车厢；2-输送冷气；3-车内循环空气；4-蒸发器风扇；5-蒸发器；6-制冷量与制冷模式关系；7-放大器和继电器电路；8-总阻值与选择控制模式关系；9-控制车内温度的计算机