第1章绪论

第一章第一章 绪绪 论论 第一章第一章 绪绪 论论第一节 汽车空调概述第二节 汽车空调的组成与分类第三节 汽车空调的工作特点第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 汽车空调概述汽车空调概述 一、汽车空调的基本概念一、汽车空调的基本概念 空调即空气调节，是指在封闭的空间内，对空气温度、湿度、流速及空气的清洁度进行部分或全部调节的过程。空调是汽车现代化标志之一，已成为现代汽车的标准装备。汽车空调的基本功能是在任何气候和行驶条件下，改善驾驶员的劳动条件和创造舒适的环境。随着汽车技术的不断发展，对舒适性的要求越来越高。舒适性是由人对车内的温度、湿度、空气流速、含氧量、有害气体含量、噪声、压力、气味、灰尘、细菌等参数指标的感觉和反映来决定的。第一章第一章 绪绪 论论 现代汽车空调就是将车内空间的环境调整到人体最适宜的状态，创造良好的劳动条件和工作环境，以提高驾驶员的劳动生产率和行车安全。同时，保护乘员的身体健康，利于乘员旅游观光、学习或者休息。为此，现代汽车空调系统必须具备完善的功能，以及完成这些功能所需要的装置。这些装置既可单独使用，也可综合使用，以完成空气调节工作。第一章第一章 绪绪 论论 二、汽车空调的发展历程 汽车空调的功能是随着人们对汽车舒适性要求的不断提高，而从低级到高级，由功能简单向功能齐全方向发展的，其历程可以概括为以下五个阶段。第一阶段：单一供暖。1925年，首先在美国出现了利用汽车冷却液通过加热器来取暖的系统。1927年发展为具有加热器、鼓风机和空气滤清器等的比较完整的供热系统。目前，在国内大部分货车上仍然使用单一取暖系统。第二阶段：单一制冷。1939年，美国通用汽车公司首先在轿车上安装了机械制冷降温空调器，成为汽车空调的先驱。目前，在热带、亚热带地区，汽车空调仍然使用单一制冷系统。第一章第一章 绪绪 论论 第三阶段：冷暖一体化。1954年，美国通用汽车公司首先在纳什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了调节控制车内温度、湿度的功能。随着汽车空调技术的改进，目前的冷暖一体化空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。冷暖一体化系统是目前使用量最大的一种汽车空调系统。第四阶段：自动控制。冷暖一体化汽车空调需要人工操作，这显然增加了驾驶员的工作量，同时控制质量也不太理想。1964年，美国通用汽车公司将自动控制的汽车空调安装在卡迪拉克轿车上。这种装置使用了电子控制的方法，只要预先设定好温度，机器就能自动地在设定好的温度范围内工作，达到调节车内空气温度等的目的。第一章第一章 绪绪 论论 第五阶段：微机控制。1973年，美国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司一起联合研究开发了微机控制的汽车空调系统，于1977年同时安装在各自生产的汽车上。随着微电子技术的发展，微机控制的汽车空调的功能不断增加和完善，实现了控制显示数字化，冷、暖、通风三位一体化，故障诊断智能化。目前，高档轿车全自动空调已经与车身计算机系统组成局域网络，计算机可以根据车内、外的环境条件，自动控制空调系统的工作，实现空调运行与汽车运行的相关统一，极大地提高了调节效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和舒适性。第一章第一章 绪绪 论论 我国汽车空调工业的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是从20世纪60年代初到20世纪70年代末，主要是利用汽车发动机排出的废气或冷却循环水产生的热量来采暖。第二阶段是从20世纪80年代初至20世纪90年代初。20世纪80年代初期，我国从日本购进制冷降温用的汽车空调系统，装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上；20世纪80年代中后期，我国一汽及上海、北京、广州、佛山等地的汽车厂从日本、德国引进先进的空调生产线和空调生产技术，生产大、中型客车，轻型车及轿车的空调系统。第一章第一章 绪绪 论论 第三阶段是从20世纪90年代开始到目前。国内一批形成生产规模的汽车空调制造企业，分别从国外引进最先进的压缩机、冷凝器和蒸发器的生产技术和生产线，同时按照蒙特利尔议定书和中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家法方案的要求，促进汽车空调制冷系统工质由R12向R134a的转换。至此，我国汽车空调技术在短时间内接近了世界先进水平。第一章第一章 绪绪 论论 第二节 汽车空调的组成与分类 一、汽车空调系统的组成一、汽车空调系统的组成 完善的汽车空调系统一般由制冷系统、取暖系统、配气系统、控制电路四大部分组成。严格地说，还应包括空气净化系统。高级轿车装备有碳罐、空气滤清器和静电除尘式净化器等一套较完整的空气净化系统，而在普通型轿车中，空气净化的任务则由蒸发器直接完成。1制冷系统制冷系统 制冷系统由压缩机、冷凝器、储液干燥器(或集液器、积累器)、膨胀阀(或膨胀节流管、孔管)、蒸发器、冷凝器散热风扇、制冷管路、制冷剂等组成，如图1-1所示。第一章第一章 绪绪 论论 各部件由下列三种管路连成空调系统：(1)高压软管，用于连接压缩机和冷凝器；(2)液体管路，用于连接冷凝器和蒸发器；(3)回气管路，用于连接蒸发器和压缩机。使用集液器的系统必须把它装在蒸发器和压缩机之间；使用储液干燥器的系统必须把它放在冷凝器和膨胀阀之间。第一章第一章 绪绪 论论 1压缩机 2感温包 3蒸发器 4鼓风机 5膨胀阀6储液干燥器 7冷凝器 8冷凝器散热风扇图1-1 制冷系统的结构 第一章第一章 绪绪 论论 压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、储液干燥器和液体管路构成高压侧；蒸发器、积累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机油池构成低压侧。压缩机是空调系统高、低压侧的分界点；膨胀阀或孔管是高、低压侧的另一分界点。制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和蒸发，是汽车空调的基本过程，而实现这一过程是依靠高、低压侧的各种组件来完成的。2.取暖系统 取暖系统是由加热器、水阀、水管、发动机冷却液等组成的，如图1-2所示。第一章第一章 绪绪 论论 1加热器 2发动机进水管 3水阀 4发动机出水管 5预热管图1-2 取暖系统基本组成 第一章第一章 绪绪 论论 3.配气系统配气系统 配气系统是由进气模式风门、鼓风机、混合气模式风门、气流模式风门、导风管等组成。汽车室内或室外未经调节的空气，经鼓风机作用送至蒸发器或加热器处，此时已被调节成冷空气或暖空气的空气流，根据风门模式伺服马达开启的角度流向相应的出风口，见图1-3。4.控制电路控制电路 控制电路包括点火开关、A/C开关、电磁离合器、鼓风机开关、调速电阻器、各种温度传感器、制冷剂高低压力开关、温度控制器、送风模式控制装置、各种继电器等。近几年来，高级轿车上普遍采用了电脑自动控制，大幅度降低了人工调节的麻烦，提高了空调的经济性和调节效果。第一章第一章 绪绪 论论 图1-3 配气系统风门布置图第一章第一章 绪绪 论论 目前轿车的空调压缩机都以汽车发动机作为动力源，压缩机的开停由电磁离合器动作决定，而电磁离合器的动作时机是以各种温度、压力、转速等信号为主要参考数据来决定的。为避免蒸发器表面温度过低，造成表面结霜，影响制冷效果，一般设有温度控制器(恒温器)。温度控制器以蒸发器表面温度作为控制信号，控制电磁离合器的动作。如果压缩机温度过高，高压部分会因压力异常升高而损坏，所以设有过热开关或高压压力开关。如果系统制冷剂缺乏，则可能冷冻机油也缺乏，压缩机若在这种干摩擦情况下运转，容易损坏，因此系统必须设有低压压力开关，当系统压力过低时会自动切断压缩机的电源。第一章第一章 绪绪 论论 对于设有电脑控制的空调系统，其压缩机的开停(或水阀的开启度)可使空调系统处于最经济状态和所要求的各种冷暖状态。为了解决汽车怠速、加速等运行工况时的动力匹配及水箱冷却问题，以往常常采用中止压缩机运行的办法，近来比较多地采用提高怠速转速的办法。第一章第一章 绪绪 论论 二、汽车空调系统的分类二、汽车空调系统的分类 1按功能分类按功能分类 汽车空调系统按功能可分为单一功能系统和组合式系统两种。(1)单一功能系统是指冷风、暖风各自独立，自成系统，一般用于大、中型客车上。(2)组合式系统是指冷、暖风合用一个鼓风机、一套操纵机构。这种结构又分为冷、暖风分别工作和冷、暖风可同时工作两种方式，多用于轿车上。第一章第一章 绪绪 论论 2.按驱动方式分类按驱动方式分类 汽车空调系统按驱动方式可分为非独立式系统和独立式系统两种。(1)非独立式系统：空调制冷压缩机由汽车本身的发动机驱动，系统的制冷性能受汽车发动机工况的影响较大，工作稳定性较差。尤其是低速时制冷量不足，而在高速时制冷量过剩，并且消耗功率较大，影响发动机动力性能。这种类型的汽车空调系统一般多用于制冷量相对较小的中、小型汽车上。第一章第一章 绪绪 论论 (2)独立式系统：空调制冷压缩机由专用的空调发动机(也称副发动机)驱动，故系统的制冷性能不受汽车主发动机工况的影响，工作稳定，制冷量大。但由于加装了一台发动机，不仅增加了成本，而且体积和重量也增加了。这种类型的汽车空调系统多用于大、中型客车上。第一章第一章 绪绪 论论 第三第三节 汽汽车空空调的工作特点的工作特点 一、汽车空调的功能一、汽车空调的功能 汽车空调的主要功能是调节车内的温度、湿度、气流速度、空气洁净度等，从而为乘员创造清新舒适的车内环境。1.调节车内的温度调节车内的温度 汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车内的温度。轿车和中、小型客车一般以发动机冷却循环水作为暖气的热源，而大型客车则采用独立式加热器作为暖气的热源。在夏季，车内降温则由制冷装置完成。第一章第一章 绪绪 论论 2.调节车内的湿度调节车内的湿度 普通汽车空调一般不具备调节湿度的功能，只有高级豪华汽车采用的冷暖一体化空调器，才能对车内的湿度进行适量调节。它通过制冷装置冷却、去除空气中的水分，再由取暖装置升温以降低空气的相对湿度。目前在汽车上还没有安装加湿装置，只能通过打开车窗的方法或利用通风设施，靠车外新鲜空气来调节。第一章第一章 绪绪 论论 3.调节车内的空气流速调节车内的空气流速 空气的流速和方向对人体舒适性影响很大。夏季，气流速度稍大些，有利于人体散热降温；但过大的风速直接吹到人体上，则会使人感到不舒服。舒适的气流速度一般为0.25 m/s左右。冬季，风速大了会影响人体保温，因而冬季采暖时气流速度应尽量小一些，一般为 0.150.20 m/s。根据人体生理特点，头部对冷比较敏感，脚部对热比较敏感，因此，在布置空调出风口时，应采取上冷下暖的方式，即让冷风吹到乘员的头部，暖风吹到乘员的脚部。第一章第一章 绪绪 论论 4.过滤和净化车内的空气过滤和净化车内的空气 由于车内空间小，乘员密度大，车内极易出现缺氧和二氧化碳浓度过高的情况。汽车发动机废气中的一氧化碳、道路上的粉尘、野外有毒的花粉都容易进入车内，造成车内空气污浊，影响乘员的身体健康。因此，必须要求汽车空调具有补充车外新鲜空气，过滤和净化车内空气的功能。一般汽车空调装置上都设有进风门、排风门、空气过滤装置和空气净化装置。第一章第一章 绪绪 论论 二、汽车空调的特点二、汽车空调的特点 汽车空调是以消耗发动机的动力来调节控制车内环境的。了解汽车空调特点，有利于汽车空调的使用和维修。汽车空调主要有如下特点。1.抗冲击能力强抗冲击能力强 汽车空调安装在运动中的车辆上，要承受剧烈、频繁的振动和冲击，因此汽车空调的各个零部件应有足够的强度和抗振能力，接头牢固并防漏。汽车空调制冷系统极容易发生制冷剂的泄漏，破坏整个空调系统的工作条件，甚至破坏制冷系统的部件，如压缩机，所以，各部件的连接要牢固，要经常检查系统内制冷剂的量。统计表明，汽车空调因制冷剂泄漏而引起的故障约占全部故障的80，而且泄漏频率很高。第一章第一章 绪绪 论论 2.动力源多样动力源多样 空调系统所需的动力来自发动机。轿车，轻型汽车，中、小型客车及工程机械，其空调所需的动力和驱动汽车的动力都来自同一发动机，这种空调系统叫非独立式空调系统；对于大型客车和豪华型大、中型客车，由于所需制冷量和暖气量大，一般采用专用发动机驱动制冷压缩机和设置独立的采暖设备，故称之为独立式空调系统。非独立式空调系统会影响汽车的动力性能，但比独立式在设备成本和运行成本上都经济。汽车安装了非独立式空调后，耗油量平均增加10%20%(和汽车的速度有关)，发动机的输出功率平均减少 10%12%。非独立式汽车空调的采暖系统一般利用发动机的冷却水，独立式空调系统则采用独立的采暖燃烧器。第一章第一章 绪绪 论论 3.制冷制热能力强制冷制热能力强 汽车的制冷制热能力要比较大，其原因在于：(1)车内乘员密度大，产生热量多，夏天时热负荷大，而冬天时人体所需的热量也大。(2)汽车为了减轻自重，隔热层薄，且汽车的门窗多、面积大，所以汽车隔热性能差，热量流失严重，这就要求制热量大。第一章第一章 绪绪 论论 (3)汽车都在野外工作，直接接受太阳的热、霜雪的冷、风雨的潮湿，环境恶劣且千变万化。要使汽车空调能迅速地降温，在最短的时间里达到舒适的环境，就要求制冷量特别大。非独立式空调系统，由于汽车发动机的工况变化频繁，因此制冷系统的制冷剂流量变化大。例如，汽车高速运动时，发动机的转速高达6000 r/min，而在怠速时仅600700 r/min，两者相差10倍之多，导致压缩机输送的制冷剂流量变化大。这使得汽车空调设计困难，制冷效果不佳，而且会引起压力过高或者压缩机的液击现象，从而发生事故。第一章第一章 绪绪 论论 4.结构紧凑质量小结构紧凑质量小 由于汽车本身的特点，要求汽车空调结构紧凑，能在有限的空间进行安装，而且安装了空调后，不至于使汽车增重太多，影响其他性能。现代汽车空调的总重量已经比20世纪60年代时下降了50%，是原始汽车空调装置重量的1/4，而制冷能力却比20世纪60年代增加了50%。第一章第一章 绪绪 论论 三、汽车空调的性能指标三、汽车空调的性能指标 1.汽车空调的热、湿负荷汽车空调的热、湿负荷 汽车空调热、湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。在车内、外的热、湿干扰量作用下，某一时刻进入车内的热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。得热量为负值时称为耗热量。第一章第一章 绪绪 论论 得热量主要由太阳辐射热量，汽车室内外温差引起的经车身壳体、玻璃等传入的热量，人体散热量，车内和发动机等设备散出的热量，以及门窗缝隙密封不严、换气、通风等传入的热量构成。得湿量主要是指人员散湿量。另外，车内设备及其他物品等也有一定散湿量。为了消除车内多余热量以维持车内温度恒定所需要向车内供应的冷量，称为冷负荷。反之，为补充车内耗热量所需向车内送入的热量，称为热负荷。为维持车内相对湿度恒定所需消除的多余湿量，称为湿负荷。第一章第一章 绪绪 论论 车内热、湿负荷的确定要以一定的车内车外空气计算参数为原始数据。通常用两组计算参数来衡量车内空气状态，即空调基数和空调精度。空调基数是指在空调区域内需保持的空气温度基数与相对湿度基数。如车内所要求的湿度25%，就是空调基数。空调精度是指在空调区域内，空气温度和相对湿度允许的波动幅度。如车内温度为25 1，这里的1为室内温度允许波动范围，即空调精度。任何形式的汽车空调都只能在一定的温、湿度范围内进行调节，调节的范围小，空调精度就高。第一章第一章 绪绪 论论 2.汽车空调的舒适性参数汽车空调的舒适性参数 人体舒适感与室内空气温度、相对湿度，人体附近的空气流速，围护结构内表面及其他物体表面温度有关。此外，它还和人们的生活习惯、人体活动、衣着情况以及年龄、性格有关。为了判定一套汽车空调的舒适性，需要确定汽车空调的车内参数。这些参数主要包括如下：第一章第一章 绪绪 论论 (1)车内平均温度和车内外温差。根据习惯，在满足人体健康条件下，车内温度夏季应尽量提高，冬季应尽量降低。夏季车内每升高1约减少冷负荷10%；冬季每降低1，约减少热负荷12%。一般2829是感觉舒适与否的分界点。另外，车内外温差不宜太大，否则也会使乘客感到不舒服。汽车空调车内平均温度推荐值为：夏季为2528，冬季为1518；夏季车内外温差宜保持在57范围内，冬季车内外温差也不宜太大，应保持在1012范围内，否则会使乘客感觉太冷或太热，下车易患感冒。第一章第一章 绪绪 论论 (2)车内空气相对湿度。车内空气相对湿度一般保持在50%70%为宜，超出此范围，人就会感到干燥或闷热。(3)车内气流速度。车内气流速度以夏季不超过0.5 m/s，冬季不超过0.30.35 m/s为宜。(4)车内新鲜空气换气量。为防止人体缺氧，产生疲劳、头痛和恶心等症状，车内每位乘客所需新鲜空气量应为2030 m3/h，二氧化碳浓度(体积)应保持在0.1%以下。(5)车内噪声。降低噪声是改善舒适性的一个重要措施。车内最大噪声应控制在50 dB以下。第一章第一章 绪绪 论论 (6)车内降温、升温速率。它是评价舒适性的重要参数之一。在短时间内车内温度下降太快，人体由于不适应会感到不舒服，严重时会引起感冒。考虑到经济因素和人体健康等原因，一般夏季车内的降温速率宜保持在1.5/min左右，冬季使用发动机冷却水作热源不存在上述问题。(7)车内温度场分布。温度在垂直方向的不均匀度最好控制在2左右，这是由人体各部位对同一温度的感觉不同决定的；而在水平方向的空气温度不均匀度最好控制在1.5以内，这是根据汽车空调实验结构综合考虑后决定的。第一章第一章 绪绪 论论 (8)风口布置位置及出风口风速差值。不舒适感与空气的流动方向和吹风的部位有关，后面吹来的气流比前面吹来的更让人感到不舒服。风口布置位置应尽量避免直吹令人感到不舒服的部位。各处风口风速差不宜超过2 m/s，否则，会引起车内温度场、速度场分布不均匀，出现气流漩涡。