汽车空调系统设计教程

汽车空调技术交流目录汽车空调概述Page1通风系统介绍Page4控制系统介绍Page15汽车空调装置介绍Page18汽车空调安全因素Page38汽车空调系统设计Page40制冷系统介绍Page10加热系统介绍Page7汽车空调系统设计规范Page45一.汽车空调功能汽车空调是汽车空气调节的简称，即采用人工制冷和采暖的方法，调节车内的温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而为人们创造清新舒适的车内环境。1、调节车内温度是汽车空调的基本功能，多数汽车只具有这种单一功能。汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车室内温度。轿车和中小型汽车一般以发动机冷却循环水作为暖风的热源，目前江铃皮卡及全顺均采用此方式，而大型客车则采用独立式加热器作为暖风的热源。在夏季车内降温由制冷装置完成。2、调节车内湿度。普通汽车空调一般不具有这种功能，只有高级豪华汽车采用的冷暖一体化空调器才能对车内湿度进行适量调节。它通过制冷装置冷却降温去除空气中的水分，再由采暖装置升温以降低空气的相对湿度。但在汽车上目前还没安装加湿装置，只有通过开车窗或通风设施，靠车外新风来调节。3、汽车空调的第三个功能是调节车室内的空气流速。空气流速和方向对人体舒适性影响很大。夏季气流速度稍大，有利于人体散热降温；但过大的风速直接吹到人体上，也会使人不舒服。舒适的气流速度一般为0.25m/s左右。冬季风速大了会影响人体保温，因而冬季采暖希望气流速度尽量小一些，一般为0.15m/s~0.20m/s。根据人体生理特点，头部对冷比较敏感，脚部对热比较敏感，因此布置空调出风口时，应让冷风吹到乘员头部，暖风吹到乘员脚部。4、汽车空调的第四个功能是过滤净化车内空气。由于车内空间小、乘员密度大，车内极易出现缺氧和二氧化碳浓度过高的情况；汽车发动机废气中的一氧化碳和道路上的粉尘、有毒花粉都容易进入车内，造成车内空气污浊，影响乘员身体健康，因此必须要求汽车空调具有补充车外新鲜空气、过滤和净化车内空气的功能，一般汽车空调装置上都设有进风门、排风口、空气过滤装置和空气净化装置。汽车空调概述--功能1二.汽车空调特点汽车直接暴露在太阳下或风雪下，隔热措施困难；汽车在行驶时有大量风沙、废气从各种缝隙钻入车厢内，造成车厢内空气污染并增加热负荷；汽车的行驶速度变化无常，难以保证稳定的空调工况等。所以汽车空调的工作环境比房间空调要恶劣得多。由于汽车这个“移动房间”的特殊工作环境，它与建筑空调有许多不同之处，具体表现在以下诸方面：1、由于汽车车厢容积小，车窗所占面积比例较大，易受阳光直射，因此车厢温度很高；此外车厢内温度还受地面热量反射、人体散热、发动机辐射热以及换气热影响，汽车空调热负荷较大。2、汽车空调制冷压缩机不能利用电力做动力，要由汽车发动机或专门的辅助发动机来驱动，因此对汽车的其它性能均有一定影响。3、在由发动机驱动时，汽车空调的制冷性能与汽车行驶速度有关。高速时冷量就大，低速时冷量就小，特别是轿车空调。4、汽车上空间紧凑，空调装置布置较困难，而且各种汽车空调部件的通用性较差。5、汽车车厢内乘员所占空间比例较大，加上座椅和其它机械装置的高低不平，直接影响车厢内的风速和温度分布的均匀性，影响人体舒适性。6、冷凝压力偏高、制冷剂易泄漏，汽车在颠簸不平的道路上快速移动，震动厉害，连接处易松动；冷凝器易受飞石击伤，产生泄漏现象。汽车空调概述—特点2三.汽车空调具体要求由于汽车空调自身的特点，汽车空调应比一般房间空调具有更高的技术性能和工作可靠性，具体要求如下：1、汽车空调应保证在任何条件下，车厢内部都具有舒适的温度范围和气流平均速度，舒适的温度范围，冬季为16～20度，夏季为20～28度；舒适的湿度范围，冬季为55%～70%，夏季为60%～75%；舒适的气流平均速度一般为0。25m/s2、汽车空调的控制机构和操纵机构要灵活、方便、可靠。3、汽车空调的零部件要求可靠、体积小、重量轻、安装维修方便。4、汽车空调应具有快速制冷和快速采暖的能力。5、汽车空调冷气装置工作时，对汽车发动机的动力消耗、燃油消耗、加速和爬坡性能的影响应尽可能小。6、汽车空调在汽车上的结构布局要紧凑合理，零部件安装要有防振措施，保证汽车空调在剧烈颠簸条件下能可靠地工作。汽车空调概述—要求3空调系统－通风一.车身通风系统及布置其功能是保证车厢内空气的清洁度、湿度、气流速度等。汽车空调通风有自然通风和强制通风两种。自然通风即是利用汽车行驶时车身外表面的空气压力分布来进行通风；强制通风是利用风机强制从车外引入新鲜空气与车内空气混合，混合后再送入车内。空调送风的工作过程如下：新鲜空气+车内循环空气→进入风机→空气进入蒸发器冷却→由风门调节进入加热器的空气→进入各吹风口。空气的进入和排出，必然引起车内空气的流动，而不同的空气流动状况有着不同的空调效果。影响车内气流组织的因素很多，主要有送、回风口形状、位置和送风射流参数等。送风方式一般采用单侧的上送风下回风布置，能与车内空气充分混合，易于形成稳定的温度场和速度场。通风管路布置直接影响车内的气流组织和空调效果，风管主要有矩型和圆形两种截面，矩形结构容易与汽车结构配合安装，多被轿车采用。4空调系统－通风后暖风－吹脚后冷风－吹脸前暖风－吹玻璃-除霜前暖风－吹侧窗-除霜前暖风－吹侧窗-除霜前暖风－吹脚前冷风－吹脸通风系统－车厢内空气流场示意图布置原则：为了满足乘客“头暖脚凉”的特点，风管及通风格栅按“冷风吹脸，暖风吹脚”的原则布置。新鲜空气车厢内循环空气车厢内循环空气自然风热风冷风5空调系统－通风通风系统－构成部件1.系统构成：由进气部件、空气过滤器、鼓风机、通风管、通风格栅、排气部件组成。2.动力源：鼓风机3.循环介质：空气4.介质通道：通风管5.常用公式：风量q＝风速ν×风管截面积Α后冷风管后暖风管外循环进气风管除霜风管前暖风管前冷风管格栅格栅后鼓风机前鼓风机6空调系统－加热7二.加热采暖系统汽车空调采暖装置的作用有：1、冬季供暖，满足乘客舒适性的要求；2、汽车玻璃除霜，采用热气来除霜除雾，避免影响司机的视野；3、通过冷热风的混合，将车室内空气调节到适宜的温度，达到舒适性的要求。汽车空调采暖系统按所使用的热源可分为余热式和独立式；按空气循环方式可分为内循环和外循环；按载热体又可分为水暖式和气暖式。汽车空调余热式采暖系统，主要是利用汽车排气余热或发动机冷却循环水的余热作为热源，并引入热交换器，由风机将车内或车外空气吹过热交换器而使之升温，目前轿车及卡车均采用此结构。余热采暖式暖风装置的优点是供热可靠，不另需燃料，利用发动机热水使用安全，缺点是采暖必须在发动机冷却水温度上升到大循环时才能供暖，在寒冷冬季供暖量有些不足，甚至导致发动机过冷，影响发动机正常工作。空调系统－加热加热系统－示意图节温器前加热器后加热器水泵前暖水控制阀后暖水控制阀8空调系统－加热加热系统－构成部件1.系统构成：由冷暖风门或暖水控制阀、加热器芯体、辅助加热器、冷却水管、真空管路等组成。2.动力源：水泵3.循环介质：冷却液4.介质通道：水管5.常用公式：F水泵－F阻力＝m冷却液×（ν冷却液÷t）换热量Q＝K×换热面积Α×Δt＝K×风量q节温器前加热器后加热器水泵前暖水控制阀后暖水控制阀9空调系统－制冷10三.空调制冷系统其功能是对车厢内的空气进行降温，其工作原理是通过制冷剂由液态转换为气态吸热来达到制冷效果的。汽车空调由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器、空调管路和制冷剂组成。它利用制冷剂的不断变态循环来达到制冷效果。液体制冷剂的特点是可以在常温下气化，当遇热变成蒸气时吸收周围的热量，当遇冷变成液体时释放本身的热量。空调系统就是利用制冷剂这个特点将车厢内区域的热量带走，转移到车厢以外的地方去。这里涉及到冷热交换的三条基本定律，第一条，热量无处不在；第二条，热量从高温处流向低温处；第三条，液态变成气态时必须要吸收热量。这三条基本定律奠定了所有空调工作方式的原理，当然也包括汽车空调。汽车空调系统采用的均为蒸气压缩式制冷循环。空调系统－制冷制冷系统－工作原理1。压缩过程压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压气体，把它压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。2。冷却过程（放热）高温高压的气体进入冷凝器与空气进行热交换，冷却风扇把热量吹到大气中。制冷剂冷却成液体。3。节流过程高温高压的液态制冷剂经膨胀阀节流降压，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置。4。蒸发过程（吸热）经膨胀阀降温降压的雾状制冷剂液体进入蒸发器进行蒸发成气体，蒸发过程中吸收周围的热量，降低车内温度。制冷原理是通过制冷剂从液态转换为气态时吸收热量而达到制冷目的的。11空调系统－制冷制冷系统－构成部件1.系统构成：由压缩机、冷凝器、贮液干燥器/液气分离器、膨胀阀/节流管、蒸发器、冷媒管路等部件组成，它分CCOT和TXV两种系统。一般通过系统内的制冷剂压力和蒸发温度来控制压缩机离合器的通断。2.动力源：压缩机3.循环介质：制冷剂4.介质通道：冷媒管5.常用公式：F压缩机－F阻力＝m制冷剂×（ν制冷剂÷t）芯体换热量Q＝K×换热面积Α×Δt冷却风扇前蒸发器后蒸发器压缩机冷凝器前膨胀阀贮液罐12空调系统－制冷制冷系统－分类它们的差别有两点：一种是节流膨胀装置的结构不同，二是储液干燥器的位置有别。13CCOT孔管系统的特点是：电磁离合器时而结合、时而断开，因此又叫循环离合器。膨胀阀系统的特征是：只要一启动空调，电磁离合器总是啮合，从不断开。而是靠吸气节流阀或绝对压力阀把蒸发器温度控制在0度左右。膨胀阀系统又称传统空调系统。二.制冷系统的几个基本衡量指标：1、单位制冷量q0（kj/kg）：单位制冷量系指1kg的制冷剂在一次循环中所制取的冷量。一般用压焓差表示。2、单位理论功w0：理论循环中，制冷压缩机每输送1kg制冷剂所消耗的功称为单位理论功。它随着制冷剂种类和工作温度的不同而不同。3、制冷系数：为循环的单位制冷量和单位理论功之比，它是考核制冷循环好坏的一个重要的技术经济指标。在冷凝温度和蒸发温度给定的情况下，制冷系数愈大，循环的经济性愈好。4、总制冷量、净制冷量：总制冷量就是压缩机的制冷量，是制冷剂单位时间内从节流阀到压缩机吸气口间的设备和管路上吸收的热量。净制冷量就是蒸发器的净制冷量，其定义为向被冷却对象吸收的热量。5、工况：工况是指确定制冷机运行情况的温度条件，一般应包括制冷机的蒸发温度、冷凝温度、节流前的温度、压缩机吸入前的温度等。主要有标准工况、空调工况、最大压差工况及最大功率工况等几种。6、过冷度：由于制冷剂液体经过节流装置膨胀后，因节流损失而使少量制冷剂蒸发，产生闪气现象，会影响制冷剂的流动性，使制冷量下降。为弥补这种缺陷，实际上使制冷剂进一步冷却，使其温度低于冷凝压力下所对应的饱和温度，成为过冷液。液体过冷的温度称为过冷度。一般为3~5度。空调系统－制冷14空调系统－控制控制系统－构成部件1.系统构成:由控制面板,伺服电机,调速电阻,各类传感器,各类电磁阀,空调线束,继电器,鼓风机,冷却风扇,压力开关等组成。2.动力源：蓄电池/发电机3.循环介质：电流4.介质通道：线束5.常用公式：电流I＝V/R；电阻R＝(ρ×L)/S前控制面板前鼓风机后鼓风机伺服电机整车线束后控制面板前调速电阻后调速电阻15电子温控器空调面板可决定：•鼓风机速度•空气温度(混合门位置)•运行模式(模式门位置)•空调开关（A/C开关）鼓风机速度空气温度运行模式内外循环开关A/C开关空调系统－控制控制系统－控制元件16控制系统－执行元件1.伺服电机驱动：•内外循环风门•温度混合风门•各类模式风门•暖水控制阀2.压缩机离合器通断通过下列因素控制：-高压开关-低压开关-A/C开关-蒸发温度空调系统－小结17系统介质介质动力源介质传输管道特点车身通风系统BodyVentilationSubsystem空气Air鼓风电机BlowerMotor通风管Duct1.应注意通风管接口处的密封，防止空气泄漏。2.设计通风管时，应考虑通风管路的风阻。3.常用公式：风量q＝风速ν×风管截面积Α加热除霜系统HeatingDefrostin