毕业设计-汽车自动空调系统设计.doc

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兰州工业学院毕业设计（论文）

1绪论

1.1引言

汽车空调的普及，是提高汽车竞争能力的重要手段之一。

随着汽车工业的发展和人们物质生活水平的提高，人们对舒适性，可靠性，安全性的要求愈来愈高。

国内近年来，汽车生产厂家越来越多，产量越来越大，大量中高档车需要安装空调。

因此，对汽车空调的研究开发特别重要。

1.2汽车空调器发展的历史、现况与发展趋向

汽车工业是我国的支柱产业之一，其发展必然会带动汽车空调产业的发展。

汽车空调作为空调技术在汽车上的应用，它能创造车室内热微环境的舒适性，保持车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声和余压等在热舒适的标准范围内，不仅有利于保护司乘人员的身心健康，提高其工作效率和生活质量，而且还对增加汽车行始安全性具有积极作用。

就世界上汽车空调技术发展的历史来看，其发展的速度也是惊人的。

1927年就诞生了较为简单的汽车空调装置，它只承担冬季向乘员供暖和为挡风玻璃除霜的任务。

直到1940年，由美国Packard公司生产出第一台装有制冷机的轿车。

1954年才真正将第一台冷暖一体化整体式设备安装在美国Nash牌小汽车上。

1964年，在Cadillac轿车中出现了第一台自动控温的汽车空调。

1979年，美国和日本共同推出了用微机控制的空调系统，实现了数字显示和最佳控制，标志着汽车空调已进入生产第四代产品的阶段。

汽车空调技术发展至今，其功能已日趋完善，能对车室进行制冷，采暖，通风换气，除霜（雾），空气净化等。

我国空调产业发长速度虽然较快，但是目前国内车用空调系统生产基本上仍是处于引进技术与开发、研究并举的阶段。

从目前发展情况来看,涡旋式压缩机将是我国未来汽车空调的主要机型。

由于这种压缩机无吸、排气阀,因此,工作可靠、寿命长,容积效率一般比滚动活塞式提高左右,吸排气连续、气流脉动小,运转平稳、且扭矩变化均匀,最高转速可达左右,体积比往复式小,重量比往复式轻,绝热效率提高。

但涡旋式压缩机在机械加工工艺方面难度较大,须用专门的精密数控加工设备,目前国内正着手研制这种新机型。

换热器性能的优劣,对汽车空调节能极为重要。

由于汽车空调趋向小型化,因而也要求换热器向体积小、重量轻的高效小型化发展。

为此,汽车空调换热器应从这几方面进行改进冷凝器将采用平流式冷凝器,它改变了传统的制冷剂单通方式。

其换热能力比管带式冷凝器强,使冷凝温度和压力降低,同时系统的排气压力和输人功率也随之降低。

蒸发器采用层流式,它类似于板式蒸发器,制冷剂在很小的传热板间流动。

其换热效率比管带式提高左右,是将来最有前途的蒸发器型式。

散热翅片将采用超级条缝片,超级条缝片与平片相比,其换热效果将会提1-2倍左右。

1.3课题的提出及主要研究方法

该课题的提出主要是因为个人毕业后的就业，考虑到毕业后要从事汽车方面的研究，并且自己所学专业在这方面主要是汽车电子方面方面的知识，所以综合虑后便定下来这个课题。

该课题的主要研究方法是通过对的归纳。

总结主要设计空调零件系统总成，安装位置示意图，自动空调系统线路图，自动空调系统控制电路图。

2自动空调的整体设计

2.1汽车空调元器件系统总成

2.1.1空调系统的组成

1、空调系统的组成：

汽车空调一般主要由压缩机、电控离合器、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液干燥器、管道（分高压管路、低压管路。

）、冷凝风扇等组成。

（1）电磁离合器：

在非独立式汽车空调制冷系统中，压缩机是由汽车主发动机驱动的。

在需要时接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。

另外，当压缩机过载时，它还能起到一定的保护作用。

因此，通过控制电磁离合器的结合与分离，就可接通与断开压缩机。

当空调开关接通时，电流通过电磁离合器的电磁线圈，电磁线圈产生电磁吸力，使压缩机的压力板与皮带轮结合，将发动机的扭矩传递给压缩机主轴，使压缩机主轴旋转。

当断开空调开关时，电磁线圈的吸力消失。

在弹簧作用下，压力板和皮带轮脱离，压缩机便停止工作。

（2）压缩机：

作用是使制冷剂完成从气态到液态的转变过程，达到制冷剂散热凝露的目的。

同时在整个空调系统，压缩机还是管路内介质运转的压力源，没有它，系统不仅不制冷而且还失去了运行的动力。

本次使用的是叶片式压缩机。

用于汽车制冷系统的压缩机按运动型式可分为：

往复活塞式、曲轴连杆式、径向活塞式、轴向活塞式、翘板式、斜板式、旋转、旋叶式、圆形汽缸、椭圆形汽缸、转子式、滚动活塞式、三角转子式、螺杆式、涡旋式。

1）曲轴连杆式压缩机：

它是一种应用较为广泛的制冷压缩机。

压缩机的活塞在汽缸内不断地运动，改变了汽缸的容积，从而在制冷系统中起到了压缩和输送制冷剂的作用。

压缩机的工作，可分为压缩、排气、膨胀、吸气等四个过程2）斜板式压缩机：

它的润滑方式有两种，一种是采用强制润滑，用由主轴驱动的油泵供油到各润滑部位及轴封处。

主要用于豪华型轿车或小型客车较大制冷量的压缩机。

另一种是采用飞溅润滑，我国上海内燃机油泵厂生产的斜板式压缩机即是采用飞溅润滑。

斜板式压缩机结构紧凑，效率高，性能可靠，因而适用于汽车空调。

旋叶式压缩机：

由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。

但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高，制造成本较高。

4）滚动活塞式压缩机：

滚动活塞式压缩机具有质量小、体积小、零部件少、效率高、可靠性好以及适宜于大批量生产等优点。

（3）冷凝器：

汽车空调制冷系统中的冷凝器是一种由管子与散热片组合起来的热交换器。

其作用是：

将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气进行冷却，使其凝结为高压制冷剂液体。

汽车空调系统冷凝器均采用风冷式结构，其冷凝原理是：

让外界空气强制通过冷凝器的散热片，将高温的制冷剂蒸气的热量带走，使之成为液态制冷剂。

制冷剂蒸气所放出的热量，被周围空气带走，排到大气中。

汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式和鳝片式三种。

1）管带式它是由多孔扁管与S形散热带焊接而成。

管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些（一般可高10%左右〉，但工艺复杂，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。

2）鳝片式它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳝片状散热片，然后装配成冷凝器，如图13所示。

由于散热鳝片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外，管、片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。

所以，是目前较先进的汽车空调冷凝器。

（4）蒸发器：

也是一种热交换器，也称冷却器，是制冷循环中获得冷气的直接器件。

其作用是将来自热力膨胀阀的低温、低压液态制冷剂在其管道中蒸发，使蒸发器和周围空气的温度降低。

同时对空气起减湿作用。

（5）膨胀阀：

膨胀阀也称节流阀，是组成汽车空调制冷系统的主要部件，安装在蒸发器入口处，是汽车空调制冷系统的高压与低压的分界点。

其功用是：

把来自储液干燥器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时可防止压缩机发生液击现象（即未蒸发的液态制冷剂进入压缩机后被压缩，极易引起压缩机阀片的损坏）和蒸发器出口蒸气异常过热。

（6）储液干燥器

储液干燥器简称储液器。

安装在冷凝器和膨胀阀之间，其作用是临时储存从冷凝器流出的液态制冷剂，以便制冷负荷变动和系统中有微漏时，能及时补充和调整供给热力膨胀阀的液态制冷剂量，以保证制冷剂流动的连续和稳定性。

同时，可防止过多的液态制冷剂储存在冷凝器里，使冷凝器的传热面积减少而使散热效率降低。

而且，还可滤除制冷剂中的杂质，吸收制冷剂中的水分，以防止制冷系统管路脏堵和冰塞，保护设备部件不受侵蚀，从而保证制冷系统的正常工作。

储液器出口端旁边装有一只安全熔塞，也称易熔螺塞，它是制冷系统的一种安全保护装置。

其中心有一轴向通孔，孔内装填有焊锡之类的易熔材料，这些易熔材料的熔点一般为85℃-95℃。

（7）风机：

汽车空调制冷系统采用的风机，大部分是靠电机带动的气体输送机械，它对空气进行较小的增压，以便将冷空气送到所需要的车室内，或将冷凝器四周的热空气吹到车外，因而风机在空调制冷系统中是十分重要的设备。

风机按其气体流向与风机主轴的相互关系，可分为离心式风机和轴流式风机两种。

2、空调系统的工作过程：

压缩机运转时，将蒸发器内产生的低温低压制冷剂蒸气吸入并压缩后，在高温高压（约700C，1471KPa）的状况下排出。

这些气态蒸气流入冷凝器，并在此受到散热和冷却风扇的作用强制冷却到500C左右。

这时，制冷剂由气态变为液态。

被液化了的制冷剂，进入干燥器，除去了水和杂质后，流入膨胀阀。

高压的液态制冷剂从膨胀阀的小空流出，变为低压雾状后流入蒸发器。

雾状制冷剂在蒸发器内吸热汽化变为气态制冷剂，从而使蒸发器表面温度下降。

从送风机出来的空气，不断流过蒸发器表面，被冷却后送进车厢内降温。

气态制冷剂通过蒸发器后又重新被压缩机吸入，这样反复循环即可达到制冷目的。

3、汽车空调主要功能包括以下4大部分:

制冷、制热、通风、除湿

制冷系统原理：

汽车空调的压缩机依靠汽车发动机的动力提供,汽车在怠速状态下打开空调制冷怠速会明显增大,油耗也会相应的增加,油耗增加的大小与环境温度有最直接的关系,环境温度高制冷剂膨胀的压力大,发动机驱动空调的消耗也相应加大,环境温度低油耗相应减少。

制热系统原理：

汽车空调制热与压缩机没有丝毫关系,制热的热源不是空调本身获取的,是由汽车的散热水箱（中控台下面的暖风机总成内的副水箱）提供,早晨在热车前空调吹出来的是冷风,待热车后空调热风源源不断的送出来,制热本身基本没有能量消耗,是利用汽车的余热完成的.但在冬季，为了提升水温，加大喷油量，也使耗油量增加。

但是只是在启动初期，等发动机运转正常，就是利用发动机的散热来供暖了。

（而有的柴油车由于水温上升慢，为了一发动车就能享受到暖风，所以在暖风机里面加有电热丝）。

通风：

通风分为内循环和外循环,使用内循环时车内空气基本不与外界交流,使用外循环时位于挡风玻璃下的新风口会将外界的空气源源不断的送进来,以保持车内空气的清新.

除湿：

空调制冷的过程就是除湿的过程,从制冷时产生的大量冷凝水就可以看出来了,在湿度较大的阴雨天气或是温差太大的时候车内的玻璃上容易起雾,打开空调驱雾就是一个除湿的过程。

2.1.2空调系统原理图

图1.2.1空调系统原理图

2.1.3冷却系统的设计

冷却系统说明内燃机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。

但是，如果冷却过强，汽油机混合气形成不良，机油被燃烧稀释，柴油机工作粗爆，散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧，也会使内燃机工作变坏。

因此，冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。

发动机的工况及对冷却系统的要求

一个良好的冷却系统，应满足下列各项要求：

1）散热能力能满足内燃机在各种工况下运转时的需要。

当工况和环境条件变化时，仍能保证内燃机可靠地工作和维持最佳的冷却水温度；

2）应在短时间内，排除系统的压力；

3）应考虑膨胀空间，一般其容积占总容积的4-6%；

4）具有较高的加水速率。

初次加注量能达到系统容积的90%以上。

5）在发动机高速运转，系统压力盖打开时，水泵进口应为正压；

6）有一定的缺水工作能力，缺水量大于第一次未加满冷却液的容积；

7）设置水温报警装置；

8）密封好，不得漏气、漏水；

9）冷却系统消耗功率小。

启动后，能在短时间内达到正常工作温度。

10）使用可靠，寿命长，制造成本低。

冷却系统的总体布置

冷却系统总布置主要考虑两方面：

一是空气流通系统；二是冷却液循环系统。

在设计中必须作到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。

提高通风系数：

总的进风口有效