第1章汽车空调基础知识

《汽车车身电控》汽车与交通学院闫光辉[e-mail]《汽车车身电控》——汽车空调部分0、什么是空调？空气调节空调第一章汽车空调基础知识1.1汽车空调概况1.2制冷剂与冷冻油1.3汽车空调系统的组成与分类重点：汽车空调制冷剂的选择原则制冷剂R12与R134a的特性及使用注意事项1.1汽车空调概况空调汽车空调大众化普及化1.1.1汽车空调性能评价指标空气调节1.温度2.湿度4.清洁度制冷供暖去湿（40—60%）通风净化除霜空调3.流速0.2m/s1.1.2汽车空调的发展低级高级单一供暖单一制冷冷暖一体降温除湿通风过滤除霜微机控制数字化形象化自动控制自动化与整车生产企业相似，面临着国外汽车空调企业的挑战；要逐步走向专业化、规模化，注重创新。大型的专业化汽车空调供货商：上海德尔福汽车空调有限公司、杰克赛尔汽车空调有限公司、广州豪华汽车空调有限公司、湖北沙市电工仪表集团1.1.3我国汽车空调的发展1.1.4汽车空调的发展方向1、日趋自动化（信息全面，操控方便）2、提高舒适性（冷风、暖风独立循环）3、高效节能、小型轻量化（压缩机、冷凝器、散热器、制冷管路）4、向环保型汽车空调发展（采用新型空调制冷剂）5、采用空调新技术1.1.4汽车空调的发展方向5、采用空调新技术1）外部变排量压缩机外部调节的变排量压缩机的优点:压缩机一直运转,无接合冲击,提高了舒适性;出风口的温度、湿度恒定调节;由于排量可以降低到近零,省去了电磁离合器使质量减轻;2）两级金属氢化物汽车空调系统该空调无腐蚀、无磨损，运动部件少，耐行车过程中的振动冲击，采用氢气作为能量载体，属于天然工质，不存在对大气臭氧层的破坏作用，为环保型空调。2）两级金属氢化物汽车空调系统通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现制冷，利用汽车尾气中的废热作为高温热源，外界大气环境作为中温热源来驱动金属氢化物制冷循环，采用两对金属氢化物反应器交替制冷来实现汽车室内空气温度的连续调节。3）固体吸附制冷汽车空调系统利用某些固体物质在一定温度和压力下能吸附某种气体或水蒸气，在另一种温度和压力下又能把它释放出来的特性，通过吸附与解吸的过程，从而起到压缩机作用。通过真空阀1使低温低压制冷剂蒸汽被发生器的吸附剂吸附，通过高压阀2使发生器内解吸的制冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝。通过节流阀3使发生器两侧形成压差，实现制冷剂高温冷凝和低温蒸发。4）吸收式汽车空调系统以热能为动力，利用由两种沸点不同的物质组成溶液的气液平衡特性来完成制冷循环。以氨—水为制冷剂的工质对。5）二级制冷循环汽车空调系统将有不安全因素的制冷工质循环放置在车厢外侧（如发动机机舱内），通过中间制冷剂将车外蒸发器的冷量带入车厢内的风机热交换器中。1.2制冷剂与冷冻油制冷剂—空调使用的制冷介质汽车空调是由制冷剂循环流动实现制冷的，液体制冷剂在蒸发器中低温下吸取被冷却对象的热量而汽化，使被冷却的对象降温，然后又在高温下把热量传给周围介质而冷凝成液体，如此不断循环。汽车空调系统就是借助制冷剂状态变化达到制冷目的。1.2.1制冷剂1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法蒸汽压缩式制冷机使用的制冷剂大部分都是氟利昂，国际上用英文字母R来表示（取英文制冷剂Refrigerant的第一个字母）。氟利昂是饱和碳氢化合物的卤族元素的衍生物，即卤族元素的氟，氯，有时加入溴原子取代饱和碳氢化合物，如甲烷，乙烷的氢原子所得的化合物，因而氟利昂品种繁多。氟利昂的性质与所含氟、氯、溴、氢、碳元素的原子多少有关。1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法R后面的数字表示氟利昂的分子通式CmHnFpClsBr(m、n、p、s、r为数字)（C碳H氢F氟Cl氯B溴）R后面是两位数的，表示甲烷衍生的氟利昂。甲烷的分子式为CH4，其中R后面的首位数字表示碳原子数（m=1）加氢原子数n，故氢原子数n等于首位数减去1，第二位数字表示氟原子数p，氯原子数s=4-p-n。1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法例如：R12表示甲烷衍生的氟利昂制冷剂，其分子通式中的碳原子数m=1，氢原子数n=1-1=0，氟原子数p=2，氯原子数s=4-n-p=2。R12的分子式为CF2Cl2;化学名称为二氟二氯甲烷。又例如R22的分子式为CF2Cl；化学名称为二氟一氯甲烷。分子式中C——甲烷如果用溴原子来代替氟利昂中的某些氯原子，则分子式多一个B，其原子数用r来表示。例如，R12B2，则为CF2B2.;1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法R后面是三位数，则表示为乙烷、丙烷、丁烷系列的氟利昂衍生物。其中，乙烷衍生的氟利昂，R后面首位数字用1表示，丙烷衍生的氟利昂，则R后面用2表示，丁烷衍生的氟利昂，R后面用3表示。很明显，其碳原子数m等于首位数加1；氢原子数n等于R后面的第二位数字减去1；R后面的第三位数字表示氟原子数p；氯原子数，对乙烷衍生物s=6-p-n，对丙烷衍生物为s=8-p-n，对丁烷衍生物为s=10-p-n。1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法例如R142，表示乙烷衍生的氟利昂，乙烷分子式为C2H6，则m=2，n=4-1=3，p=2，s=6-3-2=1。R142的分子式为C2H3F2Cl，化学名称为二氟一氯乙烷。同样，R134的分子式为C2H2F4，R123的分子是为C2HF2Cl，R216的分子是为C2F6Cl2，等等。1.2.1制冷剂制冷剂的命名方法对乙烷系的同素异构体都有相同的编号，但最对称的一种，其编号后面不带任何字母。若同素异构体变得越来越不对称，则附加a、b、c等字母；如CHF2-CHF2，表示R134，CH2F-CF3表示为R134a。1.2.1制冷剂制冷剂的性能：与所含的氟、氯、氢、碳原子的多少有密切的联系；含C越少，F、Cl越多，化学性能越稳定；F越多，毒性小，金属腐蚀性小；Cl影响制冷剂热力学性质，Cl多蒸发温度高；Cl和溴破坏臭氧层。1.2.1制冷剂制冷剂的选择依据：压缩机的类型；蒸发温度和蒸发压力冷凝温度和冷凝压力制冷装置的使用条件依据以上原则，汽车空调选择R12和R134a1.2.1制冷剂R12：过去R12最常用于汽车空调的制冷剂在标准大气压下沸点温度低，为-29.8℃凝固温度更低，为-155℃在低温下正常工作；临界温度高（112℃），常温下能冷凝液化，制冷系数高；高于-30℃时，饱和蒸气压力大于大气压，防止空气进入1.2.1制冷剂R12基本特性：1）无色，弱味；毒性小，不燃烧，不爆炸2）400℃以上时，明火接触会分解出光气3）水在R12中溶解度小，并随温度降低减小4）常温下，与润滑油以任意比例互溶5）不腐蚀一般金属，镁及铝镁合金除外6）能膨润天然橡胶和塑料。7）易通过不严密的密封面泄漏8）阳光照射会分解出氯离子，从而会导致大气臭氧层破坏。因此，R12是《蒙特利尔议定书》中的第一批禁用制冷剂。32HHFFFCCF1.2.1制冷剂R134a基本特性：1）无色无臭，不燃烧不爆炸，基本无毒，稳定2）不破坏大气臭氧层，在大气层中停留寿命短3）粘度低，流动阻力小4）分子直径比R12略小易泄漏5）与矿物油不互溶，与氟橡胶不相容6）吸水性和水溶性比R12高7）汽化潜热高、比定压热容大，具有较好的制冷能力。CF-CHF1.2.1制冷剂R12与R134a相比：保持制冷系统不变的情况下，仅将R12换为R134a是可行的。替换之后的制冷系统性能变化不大仅从输出冷量看，还稍有提高1.2.1制冷剂R12与R134a同车对比实验：1）车内温度：R134a系统降温快，正常车速下所能保持的车内温度比R12要低1.1℃，怠速时送风温度略高；2）压缩机吸气压力：R134a略高3）压缩机排气压力：R134a略高（0.15MPa）R134a比R12怠速排气压力高很多，且大于相应的饱和蒸汽压的差值，这是因为较大的压缩功耗转换成较多的热，而怠速时车辆散热不良，因此又会引起排气压力提高，更增加了压缩功耗，如此恶性循环。1.2.1制冷剂注意事项：1）因为不能溶于一种润滑油，所以R12与R134a不能混用。2）压缩机油不通用：R134a因为分子中没有氯原子，不能像R12那样在压缩机运动部件之间生成润滑性能好的氯化物薄层，而且R134a与矿物油不相容。因此要寻找一种润滑性能很好的，与R134a相容性好的润滑材料。1.2.1制冷剂注意事项：3）密封装置，不能互用：若把R12系统的O型密封圈、压缩机边缘和软管部分错用在R134a中会产生膨胀起泡而泄露。R134a与现在常用的橡胶材料不相容，特别是对氟橡胶。与氢化丁腈橡胶(HNBR)、三聚乙丙烯橡胶(EPDM)有较好的相容性。4）由于R134a的分子比R12小，更主要的是R134a对橡胶和塑料的膨胀性比R12大，所以R134a分子的穿透性较强。因此，排出软管和吸入软管要改动。1.2.1制冷剂注意事项：5）干燥剂要改动：采用R12时，一般采用型4A-XH-5分子筛。由于R134a分子具有极性，亲水性强，所以选用新型分子筛XH-7和XH-9作为干燥剂。6）膨胀阀差异：由于制冷特性不同膨胀阀开起压力值也不同，由于二者的的金属相容性不同，因此膨胀阀内的弹簧材料也不同。7）蒸发器结构不同。R134a采用层叠式蒸发器以提高换热能力。1.2.1制冷剂注意事项：8）解决R134a的压力高导致的制冷能力下降问题，R134a系统要采取的措施有：增加电磁离合器的传递转矩；改善冷凝器的散热性能；改变高低压状态压力开关的控制值。9）两种系统的管道接头及其加液阀都是截然不同的，用以避免避免不正确的灌注和联接。10）使用专用维修工具1.2.1制冷剂其他制冷剂（天然制冷剂）CO2碳氢化合物R152a水、氨、丙烷、氯气等等1.2.1制冷剂使用制冷剂的注意事项1.氟利昂制冷系统怕水，含水量大于0.0025%时易发生冰塞，还会发生化学分解，生成酸根——氯化氢和氨化氢；2.R12与水作用还会生成不凝性车CO2，会引起排气压力升高。3.不能与明火接触，不能在阳光下暴晒，以防产生有毒的光气4.禁止直接烤制冷剂钢瓶5.防止与人接触，发生冻伤1.2.2冷冻油冷冻油的概念：制冷设备使用的润滑油，是保证保证压缩机正常可靠运转的必要条件，延长压缩机寿命，减少机件磨损。冷冻油的作用：润滑压缩机：轴承、活塞、活塞环、曲轴等；密封：防止制冷剂泄漏；冷却摩擦表面；降噪：减少运到表面的振动；制冷剂与冷冻油可以互溶，因此它们一起循环。1.2.2冷冻油补充或换新冷冻油，注意事项：严格使用规定牌号或同等性能的冷冻油冷冻油吸潮能力极强,加注冷冻油时要迅速，不使用变质冷冻油，变质原因：混入水分，高温氧化。加到规定量，不能超量1、汽车空调系统的组成1.3汽车空调系统的组成与分类（1）暖风装置功用：主要用于取暖，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖除霜的目的。组成：由加热器、水阀、水管、发动机冷却液组成。l一加热器2一发动机进水管3一水阀4一发动机出水管5—预热管（3）通风装置功用：将外部新鲜空气吸进车内，起通风和换气作用。同时，通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。组成：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。通风装置风门布置图（4）空气净化装置除去车内空气中的尘埃、臭味、烟气及有毒气体，使车内空气变得清洁。由车外空气和车内循环空气两部分组成。（5）控制装置功用：对制冷、取暖和空气配送系统的温度、压力进行控制，同时对车内的温度、风量、流向进行调节，并配有故障诊断和网络通信的功能。组成：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。1.按驱动方式分（1）非独立式汽车空调系统1.3.2汽车空调系统的分类（2）独立式汽车空调系统1-进气道2-排气栅3-散热器4-空调发动机5-