HVAC总成设计指南.docx

1、HVAC总成设计指南HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 1 -XXXX 股份有限公司HVAC 总成设计指南编制：审核：批准：HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 2 -设计指南 编号：版本信息更新时间更新描述002012-09-06初版建立HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 3 -目录 31 HVAC 简要说明 41.1该零件综述 41.2. 适用范围 41.3HVAC 基本组成 41.4设计构想 41.4.1设计原则 41.4.2功能要求 41.4.3顾客要求 41.4.4性能要求 51.4.5设计步骤和参数 52.HVAC 的测试规

2、范 132.1测试内容 132.2测试标准、方法 133 一般注意事项 144 图纸模式 144.1图纸主要内容和形式 144.2图纸的技术要求： 14HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 4 -1 HVAC 简要说明1.1该零件综述HVAC 为汽车提供制冷、取暖、除霜、空气过滤和湿度控制、车内出风大小控制的功能，使乘 室内人员更加舒适，驾驶更加安全 ,由制冷装置、采暖装置、通风装置、净化装置、电控单元组成， 这些装置组成了完整的 HVAC 功能。HVAC 的类型：HVAC 的类型按功能分：冷热混合型、单制热型、单制冷型；HVAC 的类型按控制方式分：自动、电动、手动；HVA

3、C 的类型按区域分：单区域、双区域、多区域。1.2.适用范围 设计指南本部分适用范围为乘用车 HVAC 总成。1.3HVAC 基本组成HVAC 总成的组成由：进风口、鼓风机、蜗壳、调速电阻、蒸发器芯体 -膨胀阀、加热器芯体、风门、出风口、微电机、拉丝、运动机构、传感器、线束、紧固件等组成。1.4设计构想1.4.1设计原则1、 满足整车提供的布置空间要求。2、 根据整车定位考虑 HVAC 的选型（自动控制、电动控制、手动拉丝控制、单区、双区）3、 对 HVAC 单体的噪音值进行合理定义（最终满足整车的噪音要求） 。4、 满足整车装配要求，方便安装和拆卸。1.4.2功能要求1、 满足整车通风、制冷

4、、制热、除霜除雾的功能要求。2、 满足相关功能指示、显示的功能。1.4.3顾客要求1、 制冷、采暖效果良好。HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 5 -2、 除霜除雾效率高。3、 空调开启时噪音小。4、 安装拆卸方便，便于维修，使用寿命长。1.4.4性能要求DVP 试验主要分为：可靠性试验、性能实验、法规试验、舒适性试验。 可靠性实验：道路试验、抗振强度、耐温度实验、耐压力实验、耐久实验、腐蚀实验、过电压、过 电流实验、绝缘性能、阻燃性能等。性能实验：制冷能力、采暖能力、空气体积流量、滤清器过滤性能。 法规实验：鼓风机、微电机 EMC 实验，电源线射频传导发射、射频辐射发射、

5、瞬态电压发射等。 舒适性实验：噪音、操纵性能、线性实验、挥发性、气味性实验等。1.4.5设计步骤和参数1.4.5.1 HVAC 设计的步骤1.4.5.1.1 设计输入1、 整车空调系统配置表的确定根据空调系统的 VTS，由采购部门、销售公司、项目组、设计部门共同讨论确定空调的配置，明确 空调系统的档次，是否采用功能或结构上的新技术等。进而确定空调的类型：手动空调、全自动空 调或是电动空调。2、 根据整车空间的大小、销售市场、顾客需求及竞争车型的空调配置来确认是不是需要开发多个HVAC 总成（如果需要开发两个： 一般情况下一个布置在仪表台下， 一个布置在顶部或是布置在 车后部）；3、 根据整车的

6、配置来确定是采用单区域还是采用多区域空调，然后对 HVAC 的结构进行设计4、 根据销售区域的不同来确定是冷暖分开型、或是冷暖合一型或是全功能的 HVAC 。1.4.5.2HVAC 的设计1.蒸发器芯体的设计 .蒸发器芯体的类型：管片式、管带式、层叠式。.蒸发器的作用HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 6 -蒸发器是汽车空调制冷系统中另一个热交换器，结构形式与冷凝器基本相同，其作用是将经过 节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面周围的热量而之降温，电动机驱动 的鼓风机再将冷风吹到车室内，使进入其中的制冷剂与其外部空气完成热交换，蒸发器外部的空气 放热冷却，

7、达到降温的目的；蒸发器是由铝制芯管和散热片组成。要求蒸发器具有效率高、尺寸小、 质量轻等特点。 .蒸发器芯体的设计主要是制冷能力的计算 （下面以某一车型实例为主） ：根据现有的条件，计算汽车空调蒸发器总传热外表面积，对比分析现有蒸发器的制冷能力。1.工况要求制冷剂为 R134a,换热量 Q=5809w 。制冷剂循环量 qmr =0.046kg/s,蒸发温度 t f =2,蒸发器进风干 球温度 ta1=24湿球温度 ta1=17,出风口干球温度 ta2=7.25湿球温度 ta2 =6.5 ,取迎风面风速 为 a =3m/s.2.计算1. 按热平衡关系计算制冷剂进出口参数 根据制冷量和制冷剂循环量

8、 ,可求出制冷剂进出口比焓差hr=hr2 hr1=Q/qmr =5809/0.046j/kg=126.28kj/kg制冷剂入口干度通常在 20%30%之间 ,取制冷剂进口干度为 0.3,根据蒸发温度查 HFC134a 和空 气热力性质表 ,可计算得制冷剂出口比焓值hr2=hr1+ hr =（261.62+126.2 kj/kg=387.9kj/kg蒸发器出口制冷剂温度 tr2 =8,过热度为 62.干工况下空气侧表面传热系数 a根据已知条件 ,按空气进口的平均温度的平均值 ta =20 ,查取空气的热力性能表和热物理性质HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 7 -图计算空气侧

9、表面传热系数a根据已知条件 ,查空气进出口风温下的热力性质表和热物理性质图 ,可以求得 :eq，a=a =1.855 143.56 w/( k)=266.3 w/( k)4.计算制冷剂侧表面传热系数 r查tf =2下的 HFC134a饱和状态下的热力性质表和热物理性质图 ,计算出r =3965 w/ （ k ）5.计算总传热系数及传热面积如果忽略管壁热阻及接触热阻，忽略制冷剂侧污垢热阻，取空气侧污垢热阻ra =0.0003 k/w ，则传热系数 K 为ta1 ta2ta1 t f lntm= ta2 t f=127.5w/ ( k)对数平均温差 t m为24 1024 2 ln10 2 =13

10、.84由于管片式蒸发器的流程较少 ,另外湿工况在增大空气侧表面传热系数的同时也增加了液膜阻力 ,因表面为基准 ）Ao 为HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 8 -Ao= Q/(K tm)=1.25809/(127.513.8=3.95 所需圆管长度 L 为L=Ao/45Aa=3.95/(45 0.424 m=0.2066m取 L=210mm 另实际传热面积与计算传热面积的对比可以通过比较管长来反映出制冷能力 , XX 项目引用 XXXX 车型的蒸发器管长为 263mm,计算长度仅为 :210mm 。通过以上计算可以推算出空调蒸发器的外型尺寸，根据推算出来的外型尺寸的来选择合

11、适的蒸 发器芯体。2、加热器芯体的设计 .加热器芯体的作用 加热器芯体是为整车提供热量转化的，一般都是铝质材料，因为铝质的材料导热系数比较大， 重量轻，适合在汽车有效的空间上布置。加热器芯体的热源来源于发动机防冻液，故加热器芯体的 换热能力和换热速率很大程度上取决于发动机的防冻液的温度变化。 .加热器芯体的结构形式：管片式、管带式、层叠式、平行流。目前大多数汽车空调的加热器芯 体采用层叠式，层叠式热交换能力比较高，一般可以达到 80以上，比较先进的平行流式热交换能力更好一点可达到 90以上。 .加热器芯体的选型 根据整车内空间的大小，乘员的多少来计算需要多大的热换能力，具体计算过程参考蒸发器芯

12、 体的计算过程及方法，来计算加热器芯体的尺寸，并选择适合的加热器芯体。3、鼓风机的设计与选配.鼓风机的作用 鼓风机是把加热器芯体和蒸发器芯体产生的热量和冷度吹到室内为驾驶员和乘客提供热风和冷 风来提高整车的舒适性；鼓风机为除霜除雾提供强有力的风源；鼓风机为驾驶室内的通风、换气提 供动力。 .鼓风机的类型：有刷电机、无刷电机。HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 9 - .鼓风机的功率： 鼓风机在轿车上的额定电压为 12V，功率为 100W 500W 鼓风机根据实际的需 要相适应的功率，具体如下：1.根据整车的室内空间的大小， 采用 CFD 分析， 使空气在室内的流动在规定的时

13、间内温度场的 分析来确定鼓风机的风量及风速；2.进行除霜除雾的 CFD 的分析， 根据企业标准和国标以及美标 fmvss103/saej902v003 的规定时 间，在有效的时间内把玻璃上的霜或是雾除掉，根据除霜的效果来推算鼓风机的风量及风速是否满 足要求，风量小，增加鼓风机的风量（也就是功率） ；3.鼓风机的选择还要考虑到噪声的问题，一般噪音有严格的规定，详见国标，鼓风机的噪音和 功率是成正比的， 就是说功率越大 噪音越大； 所以在选择鼓风机时要考虑鼓风机的功率和噪音的平 衡点；4.鼓风机在高档车上一般采用无刷电机，这样即可以降低噪音，也不会损失相应的功率。4、 HVAC 总成的壳体设计 .

14、HVAC 壳体设计要考虑的问题1.首先要考虑 HVAC 总成本身的最大尺寸（长、宽、高） ，以及整车可以提供的最大的布置空 间（在副驾驶的仪表台下） ；2.根据实际的布置空间及 HVAC 总成的大概的重量来确定 HVAC 的固定方式及固定结构的设 计，一般固定在防火墙上和 IP 支架上；3.根据整车的布置舒适性来考虑设计后排脚部出风口的布置及 HVAC 本身的出风口设计； 还要考虑是否向 B 柱处通风的配置（出于整车舒适性配置的要求） ；4.根据整车舒适性要求考虑是采用自动控制、电动控制、手动拉丝控制，如果采用拉丝控制，就要 考虑拉丝的布置，需要给除霜除雾及吹面的风道留有足够的布置空间，布置空

15、间是否合适采用 CFD 分 析验证；5.无论温度和分配器的调节装置处于何位置，也无论鼓风机处于何档位，都不允许发出如哨声、嘘 声、呜声和振颤抖声一类的干扰性噪声；6.在蒸发器上出现的冷凝水必须通过排水管正常排出壳体， 而且在路试试验中不允许出现水流不畅的现象；7.HVAC 与相关联的对接风道间均应增加密封措施（如加贴密封海绵等） ：1、以防止漏风量过大，导致 HVAC 功效下降，不能满足整车性能要求； 2、密封不严风噪加大，导致整车噪音过大；HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 10 -.与 HVAC 相关联的对接风道走向应避免过渡不自然（出现直角或锐角转弯） ： 1、造成风

16、道内风阻过大或扰流，导致 HVAC 功效下降，不能满足整车性能要求； 2、风管截面积小风阻大，导致噪音增大。 .HVAC 总成的布置及相关设计注意事项1.HVAC 总成的布置及相关设计 ;在正式模具开模前首先要用手工样件进行实际装车确认， 装车确认没有问题了，才进行正式的开模并进行环境模拟试验摸底是否满足企业标准要求；2.HVAC 的布置还要结合除霜风道和吹脚风道进行布置， 并进行 CFD 分析确保除霜风道、 吹面风道、吹脚风道的吹风的均匀性 （一般要求吹面的仪表台四个出风口的风速允许在 0.5 的差值 ; 除霜分配要在 A 区的风量占的比重大一点至少要大于 60； 吹脚的风量分配要求均匀，

17、驾驶员及后排脚部出风口的风速分配允许在 2 的差值 ）；3.HVAC 总成的试验验证对 HVAC 总成的工装样件进行试验验证，严格按照车用 HVAC 总成企业标准每项试验都要做完 并且合格后进行正式的认可，试验不合格的项目，需要供应商更改后再进行相关的试验，直到试验 合格。5、膨胀阀的设计 .膨胀阀的作用 汽车空调制冷系统使用的膨胀阀是一种感压和感温自动控制式膨胀阀，膨胀阀安装在蒸发器入 口管路上。其作用有：一是降低制冷剂压力，保证在蒸发器内沸腾蒸发；二是调节流入蒸发器的制 冷剂流量，以适应制冷负荷变化的需要。需要注意的是膨胀阀并不控制蒸发器的温度。 .膨胀阀的类型：内平衡热力膨胀阀、外平衡热

18、力膨胀阀、孔管（膨胀管） 、H 形膨胀阀、 F 形膨胀阀，组合阀等形式。 .膨胀阀的性能特点及匹配要求.汽车空调膨胀阀的制冷能力用容量来表达，容量单位也为 KW ；.汽车空调膨胀阀容量的选择主要根据空调系统的制冷能力。膨胀阀容量应是汽车空调系统制 冷能力 1.5 倍左右，太大则易诱发系统工作不稳定，再某些特定的工况时造成液击；太小则在特定 工况下造成系统制冷能力不足；3.膨胀阀时间常数： 膨胀阀动作过程中， 通过感温包接收到动作信号后， 达到最终变化量 63.2HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 11 -时所需要的时间。时间常数大小反映了膨胀阀灵敏度好坏；4.可靠性的要求：

19、在其耐振、耐久性、耐热、耐寒、耐压、气密、耐腐蚀等方面有较高的可靠 性要求。 热力膨胀阀耐久性要求， 一般在进行 10 万次试验后， 其静止过热度变化 （用压力变化表示） 应小于 0.014Mpa ；5.膨胀阀对工作环境要求比较高，在膨胀阀的布置上要尽量避开发动机的排气管处的周边环境。6、 HVAC 总成线束的设计HVAC 线束的设计要满足线束国标中的要求。1.4.5.3 HVAC 所用材料的选型（HVAC 上所用材料及厂家建议从下表中选择，若零部件有特殊要求可根据性能要求另行选择）表 2-11 HVAC 零部件材料零部件名称使用材料材料厂家HVAC 壳体PP-T20风门PP-T40传动机构P

20、OM蒸发器芯体铝管Alu. Tube AA3003铝箔AA1100支板AA3003分液管AA3003回气管AA3003膨胀阀X653436F加热器水室PA66 30%FV铝箔1100H19(REF.1200H19/8011H1 HVAC 总成设计指南编制日期： 编者：版次： 页次： - 12 -芯体铝管Al(3003-OOR3103-O)紊流丝Al5754(AG3M)H18密封 材 料进风口密封圈橡塑泡沫（ PVCNBR ）蒸发器进出口海绵橡塑泡沫（ PVCNBR ）吹面密封海绵橡塑泡沫（ PVCNBR ）散热器连接海绵橡塑泡沫（ PVCNBR ）吹脚出风口PU排水管PA66-GF301.4.

21、6 HVAC 的制作和认可跟踪供应商的制作情况，认可流程可按公司的 PPAP。1.4.7 HVAC 的 EBOM 数据表 2-12 HVAC EBOM序号零件号名称箭头系统数量责任人备注1 8107010HVAC 总成3Y12 8107061混合风门微电机总成4Y13 8107063吹面风门微电机总成4Y14 8107065除霜风门微电机总成4Y15 8107710内外循环操纵机构总成4Y16 8107019蒸发器壳体317 8107035外保护垫318 8106010膨胀阀总成319 8107150蒸发器芯总成3110 8107130加热器芯总成3111 8107027电机风扇总成31HVA

22、C 总成设计指南12 8107031电子调速模块3113 8107037空调线束总成3114 8107015进风口外壳总成3115 8107043进风温度传感器3116 8107045吹脚散风罩31编者：编制日期：版次：页次： - 13 -2.HVAC 的测试规范2. 1 测试内容1、 外观检测 .外表面标识是否清晰。 .是否满足图纸要求的外观要求，是否有磕碰 ,有无划痕、飞边、油污，壳体是否密封，海绵出风口海绵是否密封完好。.接插件是否松动，厂家和型号是否满足定义要求，其性能符合国标要求。 .线束颜色及线经是否满足定义要求，线束包裹是否完好，线束是否满足布置要求。2、 尺寸测试验证 HVAC

23、 的主要的装配尺寸和外部接口尺寸是否和确认的图纸一致，检测项目详见 HVAC 总成测试规范。3、 功能检测按照功能规范检测 HVAC 各项功能是否正常，检测项目详见 HVAC 总成测试规范。4、 台架检测参照 HVAC 总成测试规范进行检测，检测项目详见 HVAC 总成测试规范。5、 三万公里道路测试验证 HVAC 的可靠性。2.2 测试标准、方法1、 外观检测：按 HVAC 测试规范进行目测。HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 14 -2、 尺寸测试：按图纸测试。测试方法：找出测量基准，用游标卡尺、高度尺、百分表、三坐标检测仪等测量。3、 功能检测：按 HVAC 总成测试

24、规范检测。 测试方法：在台架上按照功能规范描述来操作。4、 台架试验参照 HVAC 总成测试规范进行检测。5、 三万公里道路测试根据整车试验规范执行。3 一般注意事项1、 膨胀阀对工作环境要求比较高，在膨胀阀的布置上要尽量避开发动机的排气管处的周边环 境。2、 HVAC 自带线束中同一分支不得有线径和颜色都相同的导线存在， 线径符合标准要求， HVAC 自带线束颜色与整车线束保持一致。3、 不要过载使用导线和端子。4、 排水结构设计满足排水顺畅的要求。5、 在鼓风机进风口处加装滤网保护，防止异物吸入，导致电机堵转烧坏，空调不工作。4 图纸模式4.1 图纸主要内容和形式CATIA V5R18 版

25、本PART 3D数据， CATIA V5R18 版本2D图纸。4.2 图纸的技术要求：适用工质 R134a 蒸发器、加热器芯体结构形式，换热能力；膨胀阀结构形式，制冷能力 全冷吹面、全暖除霜通风量；全冷吹面 / 全暖除霜背压曲线吹面、吹脚、吹面 /吹脚、吹脚除霜、除霜各模式下的风量分配及噪音值HVAC 总成设计指南编制日期：编者：版次：页次： - 15 -壳体泄漏量小于 30.8m3/h(500Pa) 零部件原理图、插接件型号及其电器参数值 出风口各点风速值相互差值最大不超过 1m/s(取 6个测试点)所用材料及牌号、色彩按双方签订的技术协议执行 壳体有良好的外观质量，不允许有孔洞、裂纹、损伤、飞边、毛刺等不良缺陷 装配尺寸优于制造尺寸，未注尺寸公差按照 GB/T1804-C 执行 未注尺寸参见双方确认的 3D 数模，其对应公差按照 GB/T1804-C 执行 电磁兼容性按国家标准执行零件材料及组件应满足国标要求微电机性能参数暖风电机的法规件型号