浅析汽车空调技术Word文档下载推荐.docx

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湿度过高（90%~95%），人体皮肤水分蒸发不出去，人会有“闷”的感觉，对人体健康会有不利影响。

（3）空气流速

空气流速也是反映汽车空调质量的参数之一。

空气的流动可促进人体内外散热，适宜的空气流速应在0.075~0.2m/s之内。

（4）空气清新度

空气清新的是反映汽车空调质量的另一项指标。

清新的空气应是富氧、少二氧化碳（小于0.03%）和一氧化碳（小于0.01%）、少粉尘。

由于汽车内空间较小，极易造成空气混浊。

如果二氧化碳含量大于1.0%、一氧化碳含量大于0.03%，则会严重影响驾乘人员的身体健康[2]。

1.3现代汽车空调系统的组成与分类

1.3.1现代汽车空调系统的基本组成

汽车空调主要由制冷、加热、通风、操纵控制及空气净化系统组成。

（1）制冷系统

采用蒸气压缩式的制冷原理对空气进行冷却。

作为冷源的蒸发器，其温度低于空气的露点温度，因此，制冷系统还有除湿和净化空气的作用。

未饱和空气如果含湿量不变而温度逐渐下降，最终会变成饱和空气。

如果温度再下降，空气中的一部分水蒸气就会凝结成露珠，此温度就是露点温度[16]。

（2）加热系统

一般轿车空调不单独设置热源，把发动机的冷却水引入暖风散热器，再利用暖风电机使空气进行流动。

加热系统还可以对前挡风玻璃进行除霜[9]。

（3）通风系统

包括暖风电机、风道、风门和出风口等，把车外的新鲜空气引入车内，通过排风口把车内的污浊空气排出车外。

（4）空气净化系统

一般由空气过滤器、排风口、电气集尘器和阴离子发生器等组成。

对引入的车外空气进行过滤，不断然出车内的污浊气体，保证车内空气清洁。

（5）操纵控制系统

一般由电气系统、真空系统和操纵装置组成，对制冷系统和加热系统的工作进行控制，同时对车内的空气温度、风量、流向进行调节，保证空调系统正常工作。

1.3.2汽车空调系统的分类

（1）按驱动方式分类

按驱动方式可分为非独立式空调和独立式空调。

1）非独立式空调：

在大多数轿车及客车、货车上采用非独立式空调系统。

非独立式空调系统驱动压缩机的动力来自主发动机。

其优点是结构简单、噪声小，便于安装布置布置；

缺点是要消耗主发动机10%~15%的动力，降低主发动机后备功率，影响汽车的动力性。

2）独立式空调：

就是主发动机驱动汽车前进，专门用一个副发动机带动压缩机运转。

其优点是制冷与行驶互不影响，制冷量大，制冷效果稳定；

缺点是结构复杂、成本高、噪声大、布置难度大，主要装于大客车上，有的豪华轿车上也有采用。

（2）按布置形式分类

按布置形式可分为整体式空调、分体式空调、分散式空调。

1）整体式空调：

整体式空调将副发动机、压缩机、冷凝器、蒸发器等通过传动带和管道连成一个整体，安装在一个专门机架上，构成一个独立总成，动力源为副发动机，最终由送风管将冷风送入车内。

这种形式主要用于独立式空调系统的布置。

2）分体式空调：

分体式空调将压缩机、冷凝器、蒸发器以及独立式空调系统中的副发动机根据汽车具体结构，部分或全部分开布置，用管道相互连接。

这种形式主要用于独立式空调系统的布置[1]。

3）分散式空调：

分散式空调将压缩机、冷凝器、蒸发器等各部件分散安装于车上，这种形式主要用于非独立式空调系统的布置。

（3）按送风方式分类

按送风方式分类可分为直吹式空调和风道式空调两种。

1）直吹式空调：

这种方式的空调气流直接从空调器送风面板吹出，又称仪表板式空调。

其结构简单，送风阻力小，但车内送风均匀性差。

这种形式主要用于非独立式空调系统。

2）风道式空调：

这种方式的空调是将气流用风机送到塑料风道，再由风道送到车顶或座位下的出风口吹出。

风道式空调送风均匀，但结构复杂且送风阻力大，这种形式主要用于独立式空调系统[6]。

（4）按功能分类

按功能可分为冷暖分开型、冷暖合一型和全功能型。

1）冷暖分开型：

制冷与供暖完全分开，各自独立控制，结构分开布置。

这种形式占用空间较多，主要用于早期的汽车空调，现已淘汰。

2）冷暖合一型：

在制冷系统的基础上增装加热气及暖风出口，但制冷与供暖不能同时工作，其结构系统如图1.1所示。

暖气芯

暖气出口

冷气出口

除霜器出口

送风机

蒸发器

外气

内气

图1.1冷暖一体化空调系统

3）全功能型；

这种形式的汽车空调集制冷、供暖、除霜、去湿、通风、净化等功能于一体，由于其功能完善，提高了乘员的舒适性，越来越多的汽车空调采用了这种形式。

全功能型汽车空调系统如1.2图所示[7]。

除霜出口

驾驶员侧出口

后出口

出口

助手席侧

加热器心子

蒸发器芯

侧面除霜器

图1.2全功能型汽车空调系统

（5）按控制方式分类

按控制方式可分为手动空调、半自动空调、全自动空调和电控空调。

1）手动空调：

手动空调用拨杆或旋钮控制，如图1.3所示。

其操纵机构一般为拉索式，也有少数为气动式（真空）。

1—调风键；

2—功能选择键；

3—后窗除霜键；

4—温度键

图1.3手动空调控制面板

2）半自动空调：

半自动空调一般用拨杆控制，设有温度键和功能选择键，如图所示。

操纵机构一般为气动式。

功能选择键

汽车空调温度控制

温度键

图1.4半自动空调控制面板

3）全自动空调：

全自动空调一般用按键控制，如图1.5所示。

其操纵机构一般为电控气动式[5]。

车内空气循环开关

空调开关

出风位置旋钮

风速旋钮

温度旋钮

图1.5全自动空调控制面板

4）电控空调：

电控空调一般用触摸开关控制，是用计算机控制的空调系统，如图所示。

操纵机构一般为电动式，也有少数用电控气动式。

图1.6电控空调操作面板

1.3.3汽车空调的布置

膨胀阀

汽车空调常常采用由主发动机直接驱动压缩机如图1.7所示。

压缩机一般通过发动机曲轴带动驱动，压缩机上的电磁离合器可以接通或切断驱动动力。

冷凝器装在发动机冷却水散热器的前面。

储液干燥器安装在靠近冷凝器处，最好安装在受发动机排热影响小的地方。

蒸发器和膨胀阀一起装在一个箱体内，安装在车室内或近车室的发动机室内[9]。

空气滤清器

鼓风机

储液干燥罐

冷凝器

压缩机

图1.7汽车空调布置

2汽车空调制冷系统组成与工作原理

2.1汽车空调制冷系统的组成

现代汽车空调普遍采用的蒸气压缩机式制冷系统通常由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、储液器及相应的连接管等组成，图2.1所示的是轿车上的空调制冷系统。

图2.1空调制冷系统的组成

（1）压缩机的作用压缩机是制冷系统的心脏部件，起抽吸和压缩制冷剂并使其不断循环的作用。

1）抽吸：

压缩机工作时的抽吸与节流装置的节流作用相配合，使蒸发器管内的制冷剂压力下降，完成从液态向气态转化的过程，通过制冷剂的气化吸热，带走车厢内的热量。

2）压缩：

压缩机工作时将低压气态向气态制冷剂压缩，使其压力和温度升高，并在冷凝器中完成从气态向液态转化的过程，通过液化释放热量，将热量排放到车外大气中。

3）循环泵：

压缩机是制冷剂循环流动的动力源。

压缩机运行时的不断抽吸和压缩，使制冷剂在制冷剂循环流动过程中的气、液两相转换，将车内热量“搬移”到车外而实现制冷[12]。

（2）冷凝器的作用冷凝器为热交换器，将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气进行冷却，使之转化为液态制冷剂，并通过热传导和热对流将制冷剂液化过程放出的热量散发到车外空气中。

（3）节流装置的作用节流装置通过其节流作用将冷凝器输出的液态制冷剂进行降温降压，以使送入蒸发器的制冷剂能完全汽化而吸收更多的热量。

（4）储液干燥器的作用储液干燥器用于过滤、除湿、气液分离及临时性地储存一些制冷剂。

（5）蒸发器的作用蒸发器也是热交换器，通过热对流和热传导将车内空气的热量传递给制冷剂，使液态制冷剂完成汽化过程，以实现对车厢内空气的降温和除湿[4]。

（6）气液分离器的作用气液分离器其作用主要是气液分离，使是进入压缩机的制冷剂均为气态，以避免压缩机产生液击现象。

除此之外，气态分离器也起储液、干燥过滤的作用。

2.2汽车空调的工作原理

在日常生活中当我们用酒精棉擦身体时、手上沾有汽油时，都会有凉的感觉，这说明当液体变成气体时吸收了热量，从而降低了温度。

汽车制冷就是利用这一基本原理，汽车空调制冷剂系统通过制冷剂循环流动实现制冷工作原理如图2.2所示。

凉爽的空气

热空气

高压管

低压管

储液干燥器

外界新鲜空气

图2.2制冷剂循环原理

当制冷压缩机由发动机驱动时，压缩机对吸入的制冷剂蒸气进行压缩，并通过高压管路送到冷凝器；

进入冷凝器的高温高压制冷剂蒸气通过冷却风扇和汽车行驶形成的自然风的冷却，成为饱和蒸气并冷凝成高温高压的液体，然后从冷凝器底部流向储液干燥器；

液态制冷剂经过干燥器的过滤、脱水，再经高压管流到膨胀阀，由膨胀阀节流后形成低温低压且雾状的制冷剂；

送入蒸发器的制冷剂在蒸发器内吸热并升温至饱和温度后沸腾，并在汽化过程中吸收蒸发器周围空气的热量；

蒸发器周围已被冷却了的空气通过鼓风机风扇吹入车内，使车内空气降温除湿。

在压缩机的抽吸作用下，吸收了大量热量的制冷剂蒸发器流出经过低压管路进入压缩机，再由压缩机压缩成高温高压气体，如此循环制冷[4]。

2.3汽车空调的制冷循环

（1）制冷循环

制冷循环元件组成见图2.3，制冷系统主要由制冷剂和四大机件组成，四大机件即压缩机、冷凝器、膨胀阀（或CCOT节流管）和蒸发器。

图2.3制冷循环元件

（2）制冷循环包括以下四个过程：

1）压缩过程

压缩机把从蒸发器出来的0℃、0.15MPa的气态制冷剂变成70℃、l.5MPa的过热制冷剂气体，送往冷凝器冷却降温。

2）冷凝过程

在冷凝器里过热气态制冷剂受到空气冷却，冷凝过程的后期，制冷剂变成中温约40℃、1.0~1.2MPa的过冷液态制冷剂，流经冷凝器的空气温度上升。

3）膨胀过程

冷凝后的液态制冷剂经过膨胀阀后体积变大，其压力和温度急剧下降，变成-5℃、0.15MPa的湿蒸气，以便进入蒸发器中迅速吸热蒸发。

4）蒸发过程

-5℃、0.15MPa的湿蒸气不断吸收热量而汽化，转变成0℃、0.15MPa的气态制冷剂，使流过蒸发器的空气温度下降[6]。

2.4制冷剂与润滑油

（1）制冷剂的作用

在制冷系统中用于转移热量，并且循环流动的物质称为制冷剂。

制冷剂有制冷工质、冷媒、雪种等。

制冷剂是制冷系统中完成制冷剂工作循环的介质，它通过相变实现制冷，既在蒸发器中汽化吸热，在冷凝器中冷凝放热。

在压缩机的作用下制冷剂的这种变相不断循环着，将车内的热量“搬移”到车外大气中，从而实现了制冷[5]。

（2）制冷剂的分类

1）无机化合物类制冷剂

较早采用的天然制冷剂，如水R718、空气R729、氨R717、二氧化碳等。

2）氟利昂类制冷剂（卤代烃）

氟利昂是饱和碳氢化合物中的氢元素全部或部分地用卤素（主要是氟、氯、溴）取代，就形成了通常所称的氟利昂类制冷剂。

氟利昂是一个种类繁多的大家族，常用的有：

二氟二氯甲烷R12（CF2Cl2）、二氟一氯甲烷R22（CHF2Cl）、四氟乙烷R134a（CH2CF4）、二氟乙烷R152a（CH3CHF2）等。

3）烷烃类制冷剂

碳氢化合物类（如甲烷、丙烷、异丁烷、丙烯等），是完全由C、H元素组成的物质。

也是早期就开始使用的制冷剂。

4）混合制冷剂

鉴于纯制冷剂的局限性，为调制制冷剂的性质、扩大制冷剂的选择范围，将各种纯质制冷剂在优势互补的基础上按一定比例进行混合，开发研制了混合制冷剂R501、R502、R509、R407A、R407B、R407C等。

国际上统一规定用字母R和它后面的一组数字及字母作为制冷剂的代号，汽车空调系统常用制冷剂R12和制冷剂R134a。

（3）润滑油

空调压缩机使用的润滑油称为冷冻机油或冷冻润滑油，它是一种在高、低温工况下均能正常工作的特殊润滑油。

1）冷冻机油的作用

①润滑作用：

它可以润滑压缩机轴承、活塞、活塞环、连杆曲轴等零部件表面；

②冷却作用：

能及时带走运动表面摩擦产生的热量；

③密封作用：

润滑油渗入各摩擦件密封面而形成油封，起到阻止制冷剂泄漏的作用；

④润滑油不断冲洗摩擦表面，带走磨屑。

2）对冷冻机油的要求

冷冻机油在空调制冷系统中完全溶解于制冷剂中，并随制冷剂一起在制冷系统中循环，因此，冷冻润滑油的油温有时会超过120℃，而制冷剂的蒸发温度范围为-30℃~+10℃，所以它是在高温与低温交替的条件下进行的[15]。

为保证其正常工作，对冷冻润滑油提出了一些性能要求：

①冷冻润滑油的凝固点要低，在低温下具有良好的流动性。

②冷冻润滑油应具有一定的粘度，且受温度的影响要小。

③冷冻润滑油与制冷剂的溶解性能要好。

④冷冻润滑油的化学性质要稳定，与制冷剂和其他材料不起化学反应。

3汽车空调采暖、通风与空气净化装置

3.1通风与空气净化装置

保持车内空气洁净也是汽车空调的主要功能之一。

衡量空气结净度的主要性能指标是车内的有害气体是否超过允许浓度[10]。

要使汽车洁净度达到要求，必须对车内进行通风、换气、过滤、净化来实现。

3.1.1汽车空调通风系统

车内的空气，由于乘员的呼吸等，增加了二氧化碳和水蒸气的浓度；

同时，由于吸烟也污染了空气，为了乘员的健康和舒适，车内空气要符合一定的卫生标准，因此，必须从车外引入新鲜空气以替换车内的空气[8]。

新鲜空气引入量必须考虑人们抽烟、除臭气等应增加的量，还必须考虑造成车内正压和局部排风所需的风量。

新鲜空气引入量必须大于排出和泄漏的风量，避免空气直接进入车内，以致影响车内空气状态。

根据我国对汽车空调新鲜空气的要求，新鲜空气换气量按人体卫生标准最低不少于每人每小时应输入空气量最低不小于20m3，车内CO2浓度应控制在0.03%以下。

汽车空调通风可分为自然通风和强制通风两种类型。

（1）自然通风利用汽车行驶是产生的风压，将外部空气引入车内，空气的引入口设在正压部位，车内空气的排出口设在负压部位。

（2）强制通风它是利用冷暖一体化空调的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。

3.1.2空气净化装置

汽车空调的除尘方式包括有固体粉碎破坏形成的固体颗粒，因燃烧不完全产生的固体粉尘，因化学反应过程中产生升华、蒸溜形成的烟气以及雾化的液体粒子、花粉、细菌等。

空气粉尘净化方法按净化的原理分有静电式、过滤试、对冲粘附式、吸附式、吸收式等[2]。

现代汽车常用的是静电式和过滤式。

（1）活性炭除臭利用活性炭除臭目前仍然是汽车空调除臭的主要方法，它能吸附空气中有毒有气味的成分，如汗臭、烟臭和人体发出的各种异味，此外，活性炭还能吸收有害的氯化物和硫化物。

（2）催化反应器去毒活性炭只能吸附有气味的气体，对汽车排放中最常见的有毒气体CO、HC等几乎不起吸附作用。

催化反应器的催化剂是铂、钯等贵重金属氧化物做成多孔的管状反应器，安装在汽车空调车外空气入口的地方。

（3）负离子发生器现代医学研究发现，空气中含有三类离子，即：

轻离子、中离子、重离子都是带电离子，其中带电轻离子也称负离子它对人的精神有镇静作用。

这种负离子可以通过电离得到，空气中含一定的负离子可以提高空气的清新度。

3.2采暖系统

3.2.1发动机余热式采暖系统

水暖式暖风装置一般以水冷式发动机冷却系统中的冷却液作为热源，将冷却液引入热交换器中，使鼓风机送来的车内空气（内气式）或车外空气（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内。

如图3.1所示

冷空气

被加热空气

图3.1水暖式暖风装置结构

1—加热器心子；

2—加热器出水管；

3—膨胀水管；

4—冷却水控制阀；

5—水箱进水管；

6—恒温器；

7—风扇；

8—水箱；

9—水源；

10—水箱溢流管；

11—水箱出水管；

12—加热器进水管；

13—加热器鼓风机

3.2.2独立燃烧室暖风装置

利用发动机余热式暖风装置普遍受发动机功率和工况影响较大，车速低、下坡时暖气效果不佳。

目前大客车普遍采用独立暖风装置，其热容量大，热效率可达80%。

一般

可使用煤油、轻柴油作燃料。

图3.2所示为独立燃烧室（空气加热式）暖风装置结构图。

这种装置通常由燃烧室、热交换器、供给系统和控制系统四部分组成[10]。

图3.2独立燃烧室暖风装置结构

1—电动机；

2—燃料泵；

3—燃料分布器；

4—火花塞；

5—燃烧室；

6—燃烧指示器；

7—热熔丝；

8—暖气排出口；

9—分布器帽；

10—油分布器管；

11—燃烧环；

12—排气管；

13—燃烧空气送风机；

14—燃烧室空气吸入管；

15—燃料吸入；

16—排气管；

17—暖房空气送风机

4汽车空调电子控制系统的基本组成与控制原理

4.1汽车空调电子控制系统的基本组成

微处理器控制的汽车空调系统其电子控制系统主要包括传感器、控制器和执行器三部分。

（1）传感器汽车空调电子控制系统一般设有蒸发器温度传感器。

发动机冷却液温度传感器、车内和车外温度传感器、阳光传感器及各压力开关等，用于将蒸发器出口处温度。

发动机温度、车内外温度、阳光照射强度及制冷系统压力异常等参数转换为相应的电信号，并输送给电子控制器[12]。

（2）控制器以微处理器为核心的电子控制器根据各传感器及各开关的输入信号对空调的工作状态、热负荷、发动机的工况与状态等进行分析判断，并输入控制信号，控制执行器工作，使空调系统运行于最佳状态。

（3）执行器微处理器控制的汽车空调通常设有温度调节、风量与送风方式调节、压缩机运行控制、热水阀控制等执行器，执行器按照电子控制器输出的控制信号工作，实现空调的最佳状态控制和安全保护。

4.2汽车空调电子控制系统的控制原理

（1）温度基本控制原理电子控制器根据各温度传感器的输入电信号和空调面板设定值进行计算分析，并对是否需要调节温度作出判断，然后输出相应的调控信号，通过相应的执行机构，对压缩机的工作、送风温度、送风模式及风量、热水阀开度等进行控制，以实现对车内空气温度的自动控制，使空调控制系统能对车内环境进行全季节、全方位、动功能的最佳调节和控制。

（2）经济运行方式当司机按下空调控制面板的“ECON”按键时，空调系统就会工作在经济运行方式，微处理器根据车内外温度传感器的信号控制压缩机在尽可能少的时间内工作、甚至不工作的情况下保持车内设置温度。

（3）异常监测与保护控制当空调系统出现压力过高或过低、温度过高或过低等异常情况时，控制器根据相关传感器或开关信号作出压力或温度异常的判断，并输出控制信号，使压缩机停止工作或使冷却风扇高速运转，以确保系统正常工作，避免制冷系统部件遭受损坏。

（4）故障自诊断电子控制器通过自诊断程序对输入的传感器信号和执行器电路的反馈信号进行监测，当电子控制系统出现故障，其信号缺失或信号异常时，电子控制器中的自诊断程序就会立刻作出相关电路和部件有故障的判断，通过相应的指示灯闪烁发出警告信号[7]。

5汽车空调的使用与维护

5.1汽车空调的使用注意事项

（1）正确启用空调

相同的汽车其空调操控开关的设置会有所不同，使用空调前应了解各个操控开关（按键、旋钮或推杆）的作用，启用空调时还应注意如下两点：

1）起动发动机是，应确认空调开关处于关闭位置，发动机启动后，也应在发动机稳定运行几分钟后再使用空调。

2）在开启空调时，应先打开鼓风机至某一档位，再打开空调开关启动空调压缩机。

（2）空调系统工作有异常时应及时关闭空调

在空调系统工作过程中，如果空调系统出现异常情况应立即关闭空调开关，使压缩机迅速停止工作，并查明空调系统有异常的原因，及时排除故障，以避免空调系统造成更大损坏[11]。

需及时关闭空调的空调系统异常情况：

1）压缩机或压缩机电磁离合器发出异常响声。

2）已打开鼓风机开关但无冷风吹出。

3）制冷量突然减少或完全不制冷。

（3）适时地停止使用空调

对非独立式汽车空调，为确保发动机正常工作，有时需要停止使用空调。

下列情况下应该停止空调系统的工作：

1）对于无大负荷自动停机控制功能的空调系统，在发动机处于大负荷（超车、上长陡坡等）时，应停止使用空调，以避免发动机动力不足或发动机因超负荷运转而过热。

2）汽车运行时如果发动机出现过热，应立即停止使用空调，直到发动机温度正常时再启用空调。

3）夜间行车应停用空调，因为夜间行车前照灯等电器设备的用电量大，长时间使用空调容易引起蓄电池亏电。

（4）汽车停驶时避免长时间使用空调

汽车在停驶时不要长时间开启空调，这是因为：

1）在汽车停驶而发电机未正常发电的情况下，长时间使用空