汽车空调

第3章汽车自动空调系统3.1概述汽车空调技术是随着汽车的普及而发展起来的。和事物由低级到高级的发展规律一样，汽车空调技术的发展史也是由低级到高级，由简单功能到多功能发展，其发展过程可以概括为五个阶段。第一阶段：单一取暖，即利用房间取暖的方法。1925年首先在美国出现利用汽车冷却水通过加热器取暖的方法，到1927年发展到具有加热器、风机和空气滤清器的比较完整的供热系统。这种供热系统直到1948年才在欧洲出现。而日本到1954年开始使用加热器取暖。目前，在寒冷的北欧、亚洲北部地区，汽车空调仍然使用单一供热系统。第3章汽车自动空调系统第二阶段：单一冷气。1939年，由美国通用汽车帕克公司(Packard)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。由于二次世界大战而阻碍了其发展。战后的美国经济迅速发展，特别是1950年美国石油产地的炎热天气，急需大量的冷气车，使单一降温的空调汽车得以迅速发展起来。欧洲国家、日本到1957年才在汽车上加装这种单一冷气的空调器。单一降温的方法目前仍然在热带、亚热带地区使用。例如我国广东、海南岛使用的空调出租汽车，大部分只有制冷降温功能。第3章汽车自动空调系统第三阶段：冷暖一体化。1954年通用汽车公司首先在纳什(Nash)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，目前的冷热一体空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。这种方式目前仍然在大量的经济汽车上使用，是目前使用量最大的一种空调方式。第3章汽车自动空调系统第四阶段：自动控制的汽车空调。冷暖一体汽车空调需要人工操纵，这显然增加了驾驶人员的工作量，同时控制质量也不大理想。自从冷暖一体化出现后，通用公司就着手研究自动控制的汽车空调，并于1964年首先安装在凯迪莱克(Cadillac)牌轿车上，紧接着通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司竞相在各自的高级轿车上安装自动空调。日本和欧洲各国直到1972年才在高级轿车上装上自动空调。例如目前的高级皇冠牌、世纪牌、总统牌、德国的奔驰牌、奥迪牌等汽车。这种自动空调装置，只要预先调好温度，机器就能自动地在调定的温度范围内工作。机器根据传感器检测到车内、车外环境的温度信息，自动地指挥空调器各部件工作，达到控制车内温度和其他功能的目的。目前，大部分的中、高级轿车及高级大巴都安装有自动空调。第3章汽车自动空调系统第五阶段：微型计算机控制。1973年美国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司(后合并到三菱集团)一起联合研究微机控制的汽车空调系统，并于1977年同时安装在各自的汽车上，将汽车空调技术推到一个新的高度。微机控制的汽车空调功能增加，显示数字化，冷、暖、通风三位一体化，由电脑按照车内外的环境所需，实现微调节。通过电脑控制，实现了空调运行与汽车运行的相关统一，极大地提高了制冷效果、节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和舒适性。第3章汽车自动空调系统3.2自动空调控制系统的结构与工作原理3.2.1自动空调控制系统的组成与功用1.空气调节系统空气调节是指将冷风、热风、新鲜空气有机地进行混合，形成适宜的气流供给车内。混合系统包括加热器、蒸发器、鼓风机和风门等。空气调节系统有以下几种。(1)冷、暖风独立式。冷风、暖风装置各自独立地操作，以适应炎热、寒冷气候。暖风装置也可用于除霜。(2)冷、暖风转换式。冷暖风转换式空气调节系统在加热器不用时送入车内的是冷气；而蒸发器不用时则送入的是暖气；若两者都不用则送入车内的是自然风。第3章汽车自动空调系统(3)半空调方式。半空调方式空气调节系统将车外空气和车内空气经风门混合后，先经蒸发器冷却、除湿，后经鼓风机送入风门调节，部分进入加热器，冷气出口不再调节。由风门调节送入车内的空气，当蒸发器不用时，则全部引到加热器，送入车内的是暖风；当加热器不用时，则送入冷风；两者都不用时，则送入车内的是自然风。(4)全空调式。全空调式空气调节系统也称空气混合系统，如图3-1所示。车内、外空气经风门调节后，通过蒸发器降温、除湿，部分空气可再经加热器加热，出来的冷风和热风再混合，然后按要求送入车内。总之，混合空气的温度是由风门来调节的。第3章汽车自动空调系统3.2.2电控气动空调控制系统1.真空控制系统真空控制系统如图3-3所示，由两个小真空控制系统组成。从真空转换器到真空驱动器为一子系统，用于自动调节温度；从功能选择键控制真空选择器的上、中、下风门开关和热水阀开关为另一子系统。两个子系统的真空度和操作互不干涉。第3章汽车自动空调系统图3-3真空控制系统第3章汽车自动空调系统2.控制电路电控气动空调控制系统的控制电路如图3-4所示，由温度控制放大器、熔断器、功能选择器、车外温度传感器、车内温度传感器、恒温器开关、继电器、风机调速电阻等组成，用以控制风机、压力开关、怠速继电器、电磁离合器、真空换能器的工作。第3章汽车自动空调系统图3-4控制电路第3章汽车自动空调系统3.电控气动空调自动控制系统的工作原理电控气动空调自动控制系统的工作原理如图3-5所示。当选定空调功能时，系统控制过程为：将预定温度的温度选择电阻1及车内、车外温度传感器2、3提供的信号送到温度控制放大器8，即产生电流信号，输入真空换能器4，转换成相应的真空度信号，将此时的真空度送至真空驱动器7使控制杆13位移，温度风门控制曲柄10、风机转速和反馈电位计都处于一个相应位置，从而将一定温度和流量的空气送入车内。第3章汽车自动空调系统3.3汽车自动空调系统的主要部件及工作原理3.3.1采暖装置1.独立式采暖装置独立式采暖装置是利用柴油或煤油等燃料在专门的燃烧器内燃烧所产生的热量为车内提供暖气，其特点是供暖充分，不受汽车运行状态的影响，但结构复杂，耗能多，适用于供暖量较大的中、大型客车。此装置一般由燃油泵、燃油雾化器、燃烧室、电热塞、风扇、鼓风机、电动机等部件组成。第3章汽车自动空调系统2.非独立式采暖装置非独立式采暖装置是利用发动机工作时冷却水的余热(80～95℃)为车内提供暖气，也称水暖式采暖装置，具有结构简单、成本低、不耗能、操作维修方便等优点，但其采暖量受汽车发动机运转工况的影响较大，适用于中、小型客车和轿车。此装置一般由加热器、鼓风机、热水阀、通风道与发动机冷却系统等组成，如图3-10所示。第3章汽车自动空调系统图3-10水暖式采暖装置结构第3章汽车自动空调系统3.基本结构1)水阀水阀安装在发动机冷却液通道中，用于控制进入加热器芯的发动机冷却液流量。通过移动控制板上的温度调节杆(一般分为线缆控制、真空控制、电磁阀控制三种控制形式)，便可操纵水阀，如图3-11和图3-12所示。但有些最新车型没有水阀，发动机冷却液经常直接流过加热器芯，暖风装置出口温度由驾驶员打开和关闭位于加热器芯壳体内的风挡来调节。第3章汽车自动空调系统图3-11水阀结构(线缆式)第3章汽车自动空调系统图3-12水阀结构(真空式)第3章汽车自动空调系统2)加热器芯如图3-13所示，加热器芯由管子和散热片等零件构成。最近生产的一些车型中使用了新式加热器芯，这种加热器芯的管子上增加了大量凹坑，用于改善其热量输出性能。第3章汽车自动空调系统图3-13加热器芯结构第3章汽车自动空调系统3)鼓风机常用的鼓风机一般由铁氧体电动机和笼形风扇组成。鼓风机电动机主要有单轴和双轴两种形式，靠连接键固定，采用内部冷却装置，通过驱动一个或两个笼形风扇来推动空气穿过蒸发器或加热器芯，其结构如图3-14所示。第3章汽车自动空调系统图3-14鼓风机结构第3章汽车自动空调系统4.工作原理当发动机的冷却液温度达80℃时，节温器开始分流部分冷却液进入加热器芯，此时冷空气被鼓风机强迫通过加热器芯，经热交换加热后送进车厢(驾驶室)进行取暖和风窗除霜、除湿。在加热器芯中经热交换温度下降的冷却液离开加热器，被发动机水泵抽回发动机，完成一次热交换循环。在发动机缸体的出水口上由水阀控制出水量大小，从而调节了暖风机的产热量，也可通过调节鼓风机的风量，完成对取暖温度的调控。由于发动机冷却水起到热源的作用，因此在发动机处于冷态时，加热器芯不会变热，流经加热器芯的空气的温度也不会升高。第3章汽车自动空调系统进入暖风机的空气有三种方式：一种是吸入车内的空气，称为内循环；第二种是吸入车外新鲜空气，称为外循环；还有一种是同时吸入内外两种空气，称为混合循环。内循环的优点是被加热的空气吸热量较少，即采暖效果较好，但空气不新鲜。外循环的优缺点正好与内循环的相反，吸入的空气新鲜，但降低了出风温度，采暖效果受到影响。因此，汽车上多采用混合循环或外循环的进气形式。第3章汽车自动空调系统3.3.2制冷装置汽车空调制冷系统是通过制冷工质在系统内循环流动，由制冷工质的液态和气态转换过程，将车内的热量传递到车外，达到车内降温的目的。制冷工质在此称作制冷剂，目前，汽车空调系统使用的制冷剂有R12(二氟二氯甲烷)和R134a(四氟乙烷)两类。汽车空调制冷系统一般由压缩机、冷凝器、膨胀阀、储液干燥器、蒸发器等零部件组成，如图3-15所示。第3章汽车自动空调系统图3-15汽车空调制冷系统组成第3章汽车自动空调系统1.基本结构1)压缩机压缩机是空调制冷系统的心脏部件，其功用可归结如下：(1)抽吸作用：压缩机的抽吸作用与膨胀阀节流作用相配合，使蒸发管内的制冷剂压力下降，实现制冷剂从液态向气态的转化过程，通过吸热，带走车厢内的热量。(2)压缩作用：压缩机将低压气态制冷剂压缩，使其压力和温度升高，实现制冷剂从气态向液态的转化过程，并通过冷凝器释放热量，将热量排放到车外。(3)循环泵作用：压缩机的不断抽吸和压缩，实现了制冷剂的循环流动，因此，压缩机也是制冷剂循环流动的动力源。第3章汽车自动空调系统压缩机的种类较多，目前，斜盘式压缩机和翘板式压缩机应用较广。斜盘式压缩机结构紧凑、效率高、性能可靠，采用往复式双头活塞。当主轴转动时，带动斜盘转动，依靠斜盘的旋转运动驱动活塞作轴向往复运动。斜盘式空调压缩机结构如图3-16所示。翘板式压缩机结构紧凑、工作平稳、质量轻。其活塞以压缩机轴为中心线呈圆周排列。压缩机轴上固定有端面凸轮，活塞通过连杆与翘板相连。当压缩机工作时，凸轮转动驱动翘板作圆周翘动，通过连杆迫使活塞作往复运动。图3-17所示为翘板式空调压缩机的工作原理。第3章汽车自动空调系统图3-16斜盘式空调压缩机结构第3章汽车自动空调系统图3-17翘板式空调压缩机工作原理第3章汽车自动空调系统2)电磁离合器电磁离合器的作用是根据需要接通或断开发动机与压缩机之间的动力传递，它是汽车空调控制系统中最重要的部件之一，受温度控制器、空调A/C开关、空调放大器、压力开关等元器件的控制。电磁离合器一般安装在压缩机前端而成为压缩机总成的一部分，主要由电磁线圈、带轮、弹簧片、压力板、引铁、轴承等零部件组成，如图3-18所示。带轮通过带由发动机曲轴前端的带轮驱动；压盘通过弹簧片或橡胶弹簧与压盘轮毂相连接，压盘轮毂则通过一只平键与压缩机前端的伸出轴相连接；电磁线圈固定在带轮内压缩机前端盖上。第3章汽车自动空调系统图3-18电磁离合器结构第3章汽车自动空调系统3)冷凝器与蒸发器冷凝器是一种热交换器，其功用是将压缩机排出的高温、高压气态制冷剂的热量吸收并散发到车外，并通过散热器风扇和汽车迎面来风对制冷剂进行强制冷却，使气态制冷剂变为高温、高压的液态制冷剂。汽车用冷凝器有管片式和管带式两种，通常设置在散热器前面，一般采用铝材料制造，结构如图3-19所示。第3章汽车自动空调系统图3-19冷凝器结构第3章汽车自动空调系统蒸发器也是一种热交换器，但蒸发器的作用与冷凝器刚好相反，它将其接触表面空气的热量吸收，形成冷空气，经鼓风机将冷空气吹入车厢，就可实现对车厢内空气的降温和除湿。蒸发器的工作过程为：经膨胀阀节流后的制冷剂湿蒸汽进入蒸发器后，吸收热量而沸腾，并成为饱和蒸汽；鼓风机不断地将热空气送至蒸发器外表面，而将温度较低的冷空气吹入车厢内，使车厢内的温度降低。蒸发器的结构与冷凝器相似，目前采用的蒸发器有管片式、管带式和层叠式三种，