第6章汽车空调系统

汽车电气设备沈阳大学凌永成第8章汽车空调系统8.1汽车空调概述8.1.1汽车空调系统的作用空调是空气调节（AirConditioning，略作A/C。）的简称，其含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。空调是汽车现代化的标志之一，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，故偏重于人的舒适性的要求。衡量汽车空调质量的指标主要有四个，即温度、湿度、空气流速和空气清洁度。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℃。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、湿润。3.空气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向外散热的缘故。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.空气清洁度由于车内空间小，乘员密度大，全封闭空间的空气极易产生缺氧和二氧化碳浓度过高；汽车发动机排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。表8-1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04315，9550.4100.034151208.1.2汽车空调系统的控制方法1.手动控制手动控制空调系统的鼓风机转速、出风温度及送风方式等功能均由驾驶员操纵和调节，车内通风温度由仪表板上的空气控制杆、温度控制杆、进气杆和风扇开关等操纵通风管道上的各种风门实现。2.电控自动控制电控自动控制空调系统利用传感器随时检测车内温度和车外温度的变化，并将检测到的信号送给空调ECU。空调ECU按预先编制的程序对信号进行处理，并通过执行元件及时对鼓风机转速、出风温度、送风方式及压缩机工作状态等进行调节，从而使车内温度、空气湿度及流动状况始终保持在驾驶员设定的水平。8.1.3汽车空调系统的组成和分类1.汽车空调系统的基本组成现代汽车全功能空调系统由制冷系统、供暖系统、通风系统、空气净化装置及控制系统等几部分组成。①通风系统。通风系统用于将车外的新鲜空气引进车内，达到通风、换气的目的。②采暖系统。采暖系统用于对车内空气或车外进入车内的新鲜空气进行加热、除湿，使车内达到温暖舒适。③制冷系统。制冷系统用于对车内空气或车外进入车内的新鲜空气进行降温、除湿，使车内达到凉爽舒适。④空气净化装置。空气净化装置用于去除车内空气中的尘埃、异味，使车内空气变得清洁，目前只用于高级轿车上。⑤控制系统。控制系统将制冷、采暖、通风、空气净化有机地组合，形成冷暖适宜的气流，并能对车内环境进行全季节、全方位、多功能的最佳控制和调节。将上述装置全部或部分组合在一起，按照一定的布置形式安装在汽车上，便组成了汽车空调系统。2.汽车空调系统的分类1）按空调的功能分可分为单一功能型、冷暖一体型两种。①单一功能型空调。单一功能型空调的制冷系统、采暖系统、通风系统各自安装，单独操作，互不干涉，多用于大型客车、载货汽车和加装冷风装置的轿车上。②冷暖一体型空调。冷暖一体型空调（图8-1）的制冷、采暖和通风共用一台风机及一个风道，冷风、暖风和通风在同一控制板上进行控制。工作时又可分为冷、暖风分别工作的组合式，冷暖风可同时工作的混合调湿式两种。混合调湿式结构紧凑，易调温，操作方便，多用于轿车上。图8-1冷暖一体型示意图2）按驱动方式分可分独立式空调、非独立式空调两类。①独立式空调。用一台专用空调发动机来驱动制冷压缩机，制冷量大，工作稳定，但成本高，体积及质量大，为此多用于大、中型客车。②非独立式空调。由汽车发动机直接驱动制冷压缩机，制冷性能受汽车发动机工作状况的影响，工作稳定性较差，低速时制冷量不足，高速时制冷量过量，影响汽车发动机的动力性，为此多用于小型客车和轿车上。8.2汽车空调系统的结构8.2.1汽车空调通风系统汽车空调通风系统的主要功能是换气，即打开通风口，利用汽车迎面空气动压通风或利用空调系统中鼓风机进行强制通风换气。通风对于防止车窗玻璃起雾也很有益处。为维持舒适条件所需要的最小限度的换气量称为必须换气量，为此应设置即使在汽车车窗紧闭的情况下，仍能从车外引入新鲜空气的通风装置（每人约需25～36m／h)。1.动压通风方式动压通风（自然通风）方式是利用汽车行驶时，车外空气对汽车产生的风压，通过进风口和排风口，实现通风换气。图8-2进风口与排风口的位置32.强制通风方式采用动压通风方式进行换气时，车辆在静止和在低速行驶时，通风量过小，故一些车辆采用强制通风方式。强制通风是采用电动鼓风机强制车外新鲜空气进入车厢内的一种通风方式。在汽车行驶时，强制通风经常与动压通风一起配合使用。轿车均采用动压通风与强制通风相结合的方式，其通风装置与采暖装置、制冷装置等结合在一起而形成完整的空调系统，导入的外气既可经调节也可不经调节而进入车内。8.2.2汽车空调采暖系统采暖系统是一种将空气送入热交换器（又称为加热器），同时吸入某种热源的热量，以提高空气温度的装置。按使用热源的不同可分为发动机冷却液采暖系统、发动机废气采暖系统和独立热源式采暖系统。1.发动机冷却液采暖系统图8-3发动机冷却液采暖式暖风系统1-加热器芯；2-加热器出水管；3-膨胀水箱；4-冷却液控制阀；5-散热器进水管；6-恒温器；7-风扇；8-散热器；9-水泵；10-散热器溢流管；11-散热器出水管；12-加热器进水管；13-加热器风机；A-冷空气；B-热空气冷却液控制阀（也称热水阀）对通过热交换器的冷却液流量进行调节，而热交换器则将冷却液的热量传给空气。被加热的空气在电动鼓风机的作用下吹入车内（图8-5）。图8-4钢索式冷却液控制阀（热水阀）1—保护层；2—钢索；3—装配支架；4—阀门；5—来自发动机的冷却液；6—去加热器芯的冷却液热交换器的结构有管片式、管带式和带状蜂窝式等，一般由传热系数很高的黄铜制造而成。电动鼓风机多为离心式叶片鼓风机，具有高、中、低三挡转速，可以调节换气强度，一般与空调制冷系统送风共用。图8-5典型发动机冷却液采暖式暖风系统的布置1-电动鼓风机；2-热水供应软管；3-加热器芯；4-挡风玻璃除霜器管道；5-加热器底板出风口；6-热水返回软管2.发动机废气采暖系统发动机废气采暖系统是利用装在排气管道上的特殊热交换器，实现高温废气与低温空气的热交换，把产生的暖风送入车厢，供采暖与风窗玻璃除霜之用。3.独立热源式采暖系统独立热源式采暖系统是专门利用汽油、煤油、柴油等作燃料，使其在燃烧装置中燃烧产生热量，利用空气与燃烧装置进行热交换，使空气升温。8.2.3汽车空调制冷系统工作原理1.汽车空调制冷剂汽车空调是利用蒸汽压缩制冷装置来制冷的，是借助制冷剂的物态变化，由制冷剂循环流动实现制冷的。蒸汽压缩制冷系统使用的制冷剂（亦称工质、冷媒、雪种）绝大部分都是氟里昂，国际上用英文字母R来表示（取英文制冷剂Refrigerant的第一个字母）。a）R12（CCL2F2）b）R134a（CH2F-CF3）图8-6汽车空调用制冷剂2.汽车空调制冷系统的基本组成图8-7汽车空调蒸汽压缩制冷系统1-电磁离合器；2-压缩机；3-轴流式冷却风机；4-车外冷空气；5-冷凝器；6-储液干燥器；7-热空气（吹向发动机）；8-高压管路；9-车内热空气；10-离心式冷却风机；11-节流膨胀阀；12-蒸发器；13-冷空气（吹入车内）；14-低压管路；15-压缩机驱动皮带3.汽车蒸汽压缩制冷系统工作原理汽车蒸汽压缩制冷系统工作时，制冷剂以不同的状态（物态）在密闭系统内循环流动，每一循环包括四个基本过程：1）蒸汽压缩过程当发动机带动压缩机运转时，压缩机吸入蒸发器出口处低温（约0℃）低压（约0.147MPa）的气态制冷剂，将其压缩成高温（70～80℃）、高压（约1.471MPa）的蒸汽排出压缩机。2）冷凝放热过程高温、高压的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器，压力和温度降低。当制冷剂的温度降至40～50℃时，制冷剂由气态变为液态，同时放出大量的热。3）节流膨胀过程液态制冷剂流到储液干燥器后，在储液干燥器中除去水分和杂质，由管道流入节流膨胀阀。温度和压力较高的液态制冷剂通过膨胀阀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置。膨胀阀阀口的横截面积可作动态调节，以控制制冷量的流量，确保制冷剂在蒸发器内完全蒸发。4）蒸发吸热过程低温低压的雾状制冷剂进入蒸发器后，通过蒸发器的壁面吸收蒸发器周围环境（车厢）中空气的热量而沸腾汽化，从而可降低车箱内空气温度。在冷却风机（亦称鼓风机）的作用下，车箱内的冷、热空气加速对流，提高了空调制冷效果。在蒸发器内吸热汽化后的制冷剂蒸汽再次被压缩机吸入，然后重复上述过程。由此可知，汽车空调制冷系统实际上是一个传热系统，通过制冷剂的物态变化和循环流动把车厢内的热量传送到车外，使车内温度降低。8.2.4汽车空调制冷系统组成1.压缩机1）压缩机的作用与分类作为汽车空调制冷系统的核心部件，压缩机（compressor）具有两个重要功能：压缩机吸气时相当于一个真空泵，使系统内部产生低压，吸入蒸发器中低温、低压的气态制冷剂。然后，在压缩过程中将气态制冷剂压缩成高温、高压状态并输入冷凝器，维持制冷剂在制冷系统管路中循环流动。压缩机是蒸汽压缩制冷系统中低压和高压、低温和高温的转换装置，其正常工作是实现热交换的必要条件。汽车空调制冷容积式压缩机种类繁多。按排量变化与否可分为定量式和变量式两大类。常用的定量式压缩机按运动形式和主要零件形状不同，又可分为往复活塞式和旋转活塞式两大类。常用的轴向活塞式压缩机有斜盘式和摇板式两种。2）斜盘式压缩机斜盘式压缩机也称斜板式压缩机，是一种轴向往复活塞式压缩机。目前，斜盘式压缩机是汽车空调中使用最为广泛的一种压缩机。图8-8斜盘式压缩机剖视图1-主轴；2-压板；3-带轮轴承；4-轴封；5-密封圈；6-前阀板；7-回油孔；8-斜盘；9-吸油管；10-后阀板；11-轴承；12-机油泵；13-活塞；l4-后缸盖；15-后气缸；16-钢球；17-钢球滑靴；18-前后活塞球套；19-前气缸；20-前缸盖；21-带轮；22-电磁线圈图8-9斜盘运动原理2.冷凝器1）冷凝器的作用汽车空调制冷系统中的冷凝器（condenser）是一种由管子与散热片组合起来的热交换器。轿车的冷凝器一般安装在发动机冷却系统散热器之前，利用发动机冷却风扇吹来的新鲜空气和行驶中迎面吹来的空气流进行冷却。对于一些大、中型客车和一些面包车，则把冷凝器安装在车厢两侧或车厢后侧和车厢的顶部。当冷凝器远离发动机散热器时，在冷凝器旁都必须安装辅助冷却风扇进行强制风冷，加速冷却。其作用是对压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进行冷却，使之凝结成高温高压的液体。制冷剂蒸汽放出的热量由周围空气带走，排到大气中。2）冷凝器的结构类型（1）管片式冷凝器。图8-10管片式冷凝器1-进口；2-散热片；3-出口；4-制冷剂散热管管片式冷凝器结构比较简单，加工方便，但散热效果较差。管片式冷凝器一般用在大中型客车的制冷装置上。（2）管带式冷凝器。管带式冷凝器的传热效率比管片式冷凝器可提高15%～20％，但它的制造工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高，一般用在小型汽车的制冷装置上。图8-11管带式冷凝器1-气态制冷剂；2-异型扁管；3-波纹散热片；4-液态制冷剂（3）平流式冷凝器。图8-12平流式冷凝器1—圆柱形集管；2—铝制内肋扁管；3—波形散热翅片；4—跨接管；