第四章 汽车空调通风、暖风与配气系统

第四章汽车空调通风、暖风与配气系统相对封闭的汽车厢内，只有温度的调节是不能满足舒适度要求的，它不但需要有新鲜空气的补充，还要对狭小的车厢内部空间的气流进行调配，汽车空调通风、暖风与配气系统就是完成上述任务的重要组成部分。第一节汽车通风与空气净化装置一、通风装置为了健康和舒适，汽车厢内空气要符合一定的卫生标准。这需要输入一定量的新鲜空气。新鲜空气的配送量除了考虑人们因呼吸排出的二氧化碳、蒸发的汗液、吸烟以及从车外进入的灰尘、花粉等污染物，还必须考虑造成车内正压和局部排气量所需风量。将新鲜空气送进车内，取代污浊空气的过程，称为通风。新鲜空气进入量必须大于排出和泄漏的空气量，才能保持车内压力略大于车外的压力。保持车内空气正压的目的是防止外面空气不经空调装置直接进入车内，而且能防止热空气泄出，以及避免发动机废气通过回风道进入车内，污染空气。因此，对车厢内进行通风换气以及对车内空气进行过滤、净化是十分必要的，汽车通风和空气净化装置也是汽车空调系统的重要组成部分。根据我国对轿车、客车的空调新鲜空气要求，换气量按人体卫生标准最低不少于20m3/h•人，且车内的CO2的体积分数一般应控制在0.03％以下，风速在0.2m/s。汽车空调的通风方式一般有动压通风、强制通风和综合通风三种。1．动压通风动压通风也称自然通风，它是利用汽车行驶时对车身外部所产生的风压为动力，在适当的地方开设逆风口和排风口，以实现车内的通风换气。进、排风口的位置决定于汽车行驶时车身外表面的风压分布状况和车身结构形式。进风口应设置在正风压区，并且离地面尽可能地高，以免引入汽车行驶时扬起带有尘土的空气。排风口则设置在汽车车厢后部的负压区，并且应尽量加大排气口的有效流通面积，提高排气效果，还必须注意到防尘、噪声以及雨水的侵入。图4-1所示是用普通轿车车身的模型进行风洞试验的表面压力分布图。由图可见，车身外部大多受到负压，只有在车前及前风窗玻璃周围为正压区。因此，轿车的进风口设在车窗的下部正风压区，而且此处都设有进气阀门和内循环空气阀门，用来控制新鲜空气的流量。一般在空调系统刚启动，而且车内外温差较大时，关闭外循环气道，采用内循环方式工作，这样可以尽快降低车内温度。排风口设置在轿车尾部负压区。动压通风时，车内空气的流动如图4-2所示。图4-1轿车车身表面风压分布图4-2轿车空调风的循环由于动压通风不消耗动力，且结构简单，通风效果也较好，因此，轿车大都设有动压通风口。2．强制通风强制通风是利用鼓风机强制将车外空气送入车厢内进行通风换气的。这种方式需要能源和通风设备，在冷暖一体化的汽车空调上，大多采用通风、供暖和制冷的联合装置，将外气与空调冷暖空气混合后送入车内，此种通风装置常见于高级轿车和豪华旅行车上。3．综合通风综合通风是指一辆汽车上同时采用动压通风和强制通风。采用综合通风系统的汽车比单独采用强制通风或自然通风的汽车结构要复杂得多。最简单的综合通风系统是在自然通风的车身基础上，安装强制通风扇，根据需要可分别使用和同时使用。这样，基本上能满足各种气候条件的通风换气要求。综合通风系统虽然结构复杂，但省电，经济性好，运行成本低。特别是在春秋季节的天气，用动压通风导入凉爽的外气，以取代制冷系统工作，同样可以保证舒适性要求，这种通风方式近年来在汽车上的应用逐渐增多。二、空气净化装置汽车空调系统采用的空气净化装置通常有空气过滤式和静电集尘式两种。前者是在空调系统的送风和回风口处设置空气滤清装置，它仅能滤除空气中的灰尘和杂物，因此，结构简单，只需定期清理过滤网上的灰尘和杂物即可，故广泛用于各种汽车空调系统中。后者则是在空气进口的过滤器后再设置一套静电集尘装置或单独安装一套用于净化车内空气的静电除尘装置。它除具有过滤和吸附烟尘等微小颗粒的杂质作用外，还具有除臭、杀菌、产生负氧离子以使车内空气更为新鲜洁净的作用。由于其结构复杂，成本高，所以，只用于高级轿车和旅行车上。图4-3所示为静电集尘式空气净化装置的空气净化过程。图4-3静电集尘式空气净化装置原理图预滤器用于过滤大颗粒的杂质。静电集尘器则以静电集尘方式把微小的颗粒尘埃、烟灰及汽车排出的气体中含有的微粒吸附在集尘板上。其工作原理是这样的：通过高压放电时产生的加速离子通过热扩散或相互碰撞而使浮游尘埃颗粒带电，然后在高压电场中库仑力的作用下，克服空气的阻力而被吸附在集尘电极板上，如图4-4所示为静电集尘原理图。其中图4-4a是放电电极流出的辉光电流使尘埃颗粒带电的状况，图4-4b为带电的尘埃颗粒向集尘电极板运动的状况。图4-4静电集尘原理a）微粒子带电b）微粒子集尘灭菌灯用于杀死吸附在集尘板上的细菌，它是一只低压水银放电管，能发射出波长为353.7nm的紫外线光，其杀菌能力约为太阳光的15倍。除臭装置用于除去车厢内的油料及烟雾等气味，一般是采用活性碳过滤器、纤维式或滤纸式空气过滤器来吸附烟尘和臭气等有害气体。图4-5所示为实用的静电集尘式空气净化装置结构示意图，它通常安装在制冷、采暖采用内循环方式的大客车上，采用这种装置净化后的空气清洁度很高，可以充分满足汽车对舒适性的要求。图4-5静电集尘式空气净化装置l-粗滤器；2-集尘电极；3-充电电极；4-负离子发生器；5-风机；6-活性碳过滤器第二节汽车空调供暖系统一、汽车空调供暖系统的主要作用与分类汽车空调供暖系统的作用，是将新鲜空气送入热交换器，吸收汽车热源的热量，从而提高空气的温度，并将热空气送入车内的装置。1．汽车空调供暖系统的主要作用1）加热器和蒸发器一起将冷热空气调节到人所需要的舒适温度。现代汽车空调已经发展到冷暖一体化的水平，可以全年地对车厢内的空气温度进行调节。2）冬季供暖。冬天由于天气寒冷，人在运动的汽车内会感到更寒冷。这时，汽车空调可以向车内提供暖气，以提高车厢内的温度，使乘员感觉到舒适。3）车上玻璃除霜。冬季或者春秋季，室内外温差较大，车上玻璃会结霜或起雾，影响司机和乘客的视线，这样不利于行车安全，这时可以用热风除霜和除雾。2．汽车空调供暖系统的分类汽车空调供暖系统的种类很多，根据热源不同，汽车暖风装置可分为如下几种形式：l）利用发动机冷却液的热量，称为水暖式暖风装置，这种形式多用于轿车、大型货车及采暖要求不高的大客车上。2）利用发动机排气系统的热量，称为气暖式暖风装置，这种形式多用于风冷式发动机汽车和有特殊要求的汽车上。3）装有专门燃烧的机构，称为独立燃烧式暖风装置，这种形式多用在大客车上。4）既利用发动机冷却液的热量，又装有燃烧预热器的综合加热装置，称为综合预热式暖风装置，这种形式多用于豪华大客车。3．根据空气循环方式，汽车供暖系统又可分为1）内气式（又称内循环式）：是指利用车内空气循环，将车厢内部空气（用过的）作为载热体，让其通过热交换器升温，使升温后的空气再进入车厢内取暖。这种方式消耗热源少，升温快，但从卫生标准看，是最不理想的。2）外气式（又称外循环式）∶是指利用车外空气循环，全部使用车外新鲜空气作为载热体，让其通过热交换器升温，使升温后的空气再进入车厢内取暖。从卫生标准看，外气式是最理想的，但消耗热源也最大，初始升温慢，经济性较差。3）内外气并用式（又称内外混合式）：是指既引进车外新鲜空气，又利用部分车内的原有余气，以新旧空气的混合体作为载热体，通过热交换器，向车厢里供暖。从卫生标准和热源消耗看，正好介于内气式和外气式之间，但此种方式控制比较复杂，多应用在高档轿车自动空调系统中。不论是利用何种热源，热量都是通过热交换装置传递给空气，并通过风机把热空气送入车厢的。二、水暖式暖风装置的结构与工作原理水暖式暖风装量一般以水冷式发动机冷却系统中的冷却液作为热源，将冷却液引入车辆内的热交换器中，使鼓风机送来的车厢内空气（内气式）或外部空气（外气式）与热交换器中的冷却液进行热交换，鼓风机将加热后的空气送入车厢内。轿车、载货车和中小型客车，需要的热量较少，可以用发动机冷却液的余热来直接供暖。余热供暖设备简单，使用安全，运行经济。但其缺点是热量较小，受汽车运行工况的影响，发动机停止运行时，即没有暖气提供。水暖式加热系统工作原理如图4-6所示。图4-6水暖系统工作原理1-溢流管；2-回液管；3-加热器送水管；4-风扇；5-加热器芯；6-加热器出水管；7-溢流罐（副水箱）；8-热水开关；9-发动机；10-出液管；1l-节温器；12-风扇；13-散热器；14-水泵从发动机出来的冷却液经过节温器11，在温度达到80℃时，节温器开启，让发动机冷却液流到供暖系统的加热器5，在节温器和加热器之间设置了一个热水开关8，用来控制热水的流动，冷却液的另一部分流到散热器。冷却液在加热器散热，加热周围的空气，然后再用风扇4送到车内；冷却液从加热器出来，在水泵14的泵吸下，又重新进入发动机的散热器内，冷却发动机，完成一次供暖循环。图4-7所示为独立式水暖暖风装置的结构，它由暖风热交换器、风机及外壳组成一个完整的总成。壳体上有吹向脚部、前部的出风口及吹向车窗起除霜作用的出风口。此种结构通常用于普通轿车、货车和小型客车。图4-7独立式水暖暖风装置结构l-风机叶轮；2-壳体；3-电动机；4-暖风加热器；5-调节风门暖风加热器目前结构形式主要有管片式和管带式两种。管带式的加热器散热效率高、体积小、重量轻，但其制造工艺要复杂些；现在用得最多的还是管片式加热器，可以采取减小管壁、在散热翅片上开槽等措施，以提高其传热效率。图4-8所示为水暖式内外混合循环暖风装置。由外部空气吸入口7吸进新鲜空气，内部空气吸入口5吸入内部空气，它们在混合室4混合后，由风机8送入热交换器l空气侧，热交换器管内侧由发动机循环水提供热源，混合气体被加热后被送往前座脚下，通过前窗、侧窗除霜的连接管输送到前窗除霜或除雾。这种结构的暖风装置效果较好，一般用在中、高档轿车上。图4-8水暖式内外混合循环暖风装置l-热交换器；2-后座导管；3-管道；4-混合室；5-内部空气吸入口；6-风门操纵杆；7-外部空气吸入口；8-鼓风机；9-前窗除霜；10一侧窗除霜；11-发动机另一种结构形式见图4-9，它是将加热器和蒸发器组装在一个箱体内，共用一个风机和壳体，可以实现全功能空调，大多数高级豪华轿车采用这种结构形式。图4-9整体式空调器l-加热器芯；2-轴流风机；3-蒸发器；4-进风口三、气暖式加热装置的结构与工作原理余热水暖式暖风装置的优点是供热可靠，不另需燃料，只要发动机工作温度升高，热水即可产生出来，另外使用较安全。其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，在寒冷季节供暖量显得有些不足，甚至导致发动机过冷，严重时会影响其正常工作。对于一些大型客车仅依靠水暖式暖风装置难以满足取暖要求，因此必须采取其它取暖方法。气暖式供暖系统是利用发动机的排气余热进行车厢采暖。在汽油机中，发动机排气带走的热量约占36％，在柴油发动机中，则占有30%左右。气暖式供暖系统是最早采用的空调形式之一，它是让排气管通过驾驶室直接供暖，例如早期的北京吉普车，以及北方寒冷地带的长途客车。通常采用的方法是将换热器铸成带散热翅片的管子，装在发动机排气管上，一方面内腔作排气管用，外侧加热空气并将此汇集起来，送到车内作供暖用，热交换器的结构如图4-10所示。图4-l0气暖式热交换器1-空气保温管；2-热变换管；3-排气管气暖式暖风装置示意图见图4-l1。它是在发动机的排气管上安装一个热交换器用于加热空气。工作时，将通往消声器的阀门关闭，汽车废气就进入热交换器内，用于加热交换器外的冷空气，冷空气通过热交换器吸收热量后温度升高，由风机吹入车厢内用于采暖和除霜。图4-l1气暖式暖风装置示意图l-鼓风机电动机；2-暖风鼓风机；3-热交换器；4-废气阀门；5-发动机排气管；6-发动机；7-发动机散热器A-新鲜安气；B-暖风图4-12所示为轿车空调余热气暖式暖风装置布置。热交换器1接在发动机后，由进气管10将混合气引入热交换器加热，加热的空气通过热排风管3，由鼓风机5将加热的空气送入车厢内采暖。图4-12轿车空调余热气暖式暖风装置布置l-热交换器；2-专用排气管（除霜、去雾）；3-排热风管