《汽车空调技术》讲义

1《汽车空调技术》讲义主要教材：张蕾主编，汽车空调.北京：机械工业出版社，2006.2（U463.85/37）参考教材：1.方贵银，李辉编著.汽车空调技术.北京：机械工业出版社，2002.1（U463.85/21）2.阙雄才，陈江平主编.汽车空调实用技术.北京：机械工业出版社，2003.3（U463.85/23）3.王宜义，王军编著.汽车空调.西安：西安交通大学出版社，1995.7第一章绪言1.1汽车空调定义空调是空气调节器的简称。汽车空调是空调领域中的一个分支，它是通过某种方式控制车室内空气的温度、湿度、清洁度、风速，并使其以一定速度在车室内流动和分配，为驾驶员及乘客提供舒适环境空气处理过程，也就是说汽车空调装置应具备制冷、供暖、通风、净化空气、加湿和除湿等多项功能。汽车空调已大众化、普及化。日本和欧美的一些发达国家，现在生产的新型轿车，绝大部分出厂时就安装了空调设备。不但轿车、旅游客车和公共汽车上装有空调设备，而且在载货汽车、拖拉机的驾驶室里以及具有特殊作业的汽车上，都装有空调设备。可见汽车空凋的使用已经相当普及。1.2汽车空调性能的评价指标评价汽车空调质量的指标主要有四个，即温度、湿度、风速和清洁度。1．温度在夏季人感到舒适的温度是22℃～28℃，冬季是16℃～18℃。温度低于14℃，人会感觉到“冷”，温度越低，手脚动作就会越僵硬，驾驶员将不能灵活操作。温度超过28℃，人就会觉得燥热，精神集中不起来，思维迟钝，容易造成交通事故。超过40℃，则称为有害温度，将对人体的健康造成损害。另外，人体面部所需求的温度比足部略低，即要求“头凉足暖”，温差大约为2℃。2．湿度人觉得舒适的相对湿度夏季是50％～60％，冬季是40％～50％。在这种湿度环境中，人会觉得心情舒畅。湿度过低，皮肤会痒；湿度过高，人会觉得闷。3．风速人在流动的空气中比在静止的空气中要舒适，这是因为流动的空气能促进人体内外散热。所以，空气流速是汽车空气调节的重要内容之一。空气流速在0.2m/s以下为好，2并且以低速变动为佳。4．清洁度由于车内空间小，乘员密度大，全封闭空间的空气极易产生缺氧(O2)和二氧化碳(CO2)浓度过高的现象；汽车发动机废气中的一氧化碳(CO)和道路上的粉尘都易进入车内，造成车内空气浑浊，严重影响乘员的身体健康，因此必须对车内空气进行净化处理。1.3汽车空调的特点和房间空调器相比，由于汽车空调装置使用条件的特殊性，对整车空调系统的设计、安装调节和控制也提出了特殊要求，并增加了难度。例如，1）汽车直接暴露在室外，承受日晒雨淋和泥沙侵蚀，环境条件恶劣，乘员的出入频繁及车内乘员占空间比大，要求车室内的空气参数能迅速调节到位，因此需要空调系统必须有一定的储备能力。2）汽车的门窗面积占整车外表面积的比例较大，给密封和隔热带来一定困难。3）车速变化的偶然性（尤其是对于被动式驱动方式的汽车空调系统，因车速变化直接影响到空调系统压缩机的转速）增加了对汽车空调系统变工况运行控制的难度。4）车内空间的限制不但给空调系统的布置造成困难，而且由于部件间的间距有限，在一定程度上影响了换热器的换热效果。5）路面颠簸不平引起的振动或因沙石的撞击，泥沙的腐蚀性等容易引起制冷剂的泄漏。6)车用空调装置的结构、外观设计和布置，除必须与车身内饰和外观协调、统一，保持整车的完美以外，还必须考虑其对汽车底盘、车身等结构件及汽车行驶稳定性、安全性的影响，这是普通空调设计不会碰到的。总之，对整车空调系统的设计安装必须综合考虑动力的消耗、功率的匹配、驱动方式、车室内空气参数的要求环境及工况变化以及经济性等诸多因素。1.4汽车空调系统的组成与分类1.4.1汽车空调系统的组成汽车安装空调系统的目的是为了调节车内空气的温度、湿度，改善车内空气的流动，并且提高空气的清洁度。因此汽车空调系统主要由以下几部分组成：(1)制冷装置(系统)：对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却或除湿，使车内空气变得凉爽舒适。(2)暖风装置主要用于取暖，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、除湿的目的。3(3)通风装置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。(4)加湿装置在空气湿度较低的时候，对车内空气加湿，以提高车内空气的相对湿度。(5)空气净化装置除去车内空气的尘埃、臭味、烟气及有毒气体，使车内空气变得清洁。将上述各部分全部或部分有机地组合在一起安装在汽车上，便组成了汽车空调系统。在一般的轿车和客、货车上，通常只有制冷装置、暖风装置和通风装置，在高级轿车和高级大客车上，才有加湿装置和空气净化装置。1.4.2汽车空调系统的分类有不同的分类方法。例如文献【阙雄才，陈江平主编.汽车空调实用技术.】按制冷压缩机的驱动方式分类，将汽车空调系统（装置）分为独立式、非独立式及电力驱动式；按制冷系统的节流减压方法分，有离合器热力膨胀阀（CCTXV系统）和离合器节流短管（CCOT系统）两类；等等。这里以教材分类方法为主。1．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汽车空调系统和独立式汽车空调系统。(1)非独立式汽车空调系统(见图l-5)空调制冷压缩机由汽车本身的发动机驱动，汽车空调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。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、小型客车上。(2)独立式汽车空调系统(见图1-6)空调制冷压缩机由专用的空调发动机(也称副发4动机)驱动，因此汽车空调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，不仅成本增加，而且体积和质量也增加。这种类型的汽车空调系统多用于大、中型客车上。总之，两种型式的驱动各有优缺点，至于采用哪种型式，要从各种影响因素分析考虑，如整车布置、整车负荷、空间位置和发动机功率等。2．按结构型式分类汽车空调按结构型式可分为整体式空调、分体式空调以及分散式空调。(1)整体式空调将副发动机、压缩机、冷凝器和蒸发器通过传动带、管道连接成一个整体，安装在一个专用机架上，构成一个独立总成，由副发动机带动，通过车内通风管将冷风送入车内。(2)分体式空调将压缩机、冷凝器、蒸发器以及独立式空调的副发动机部分或全部分开布置，用管道联接成一个制冷系统。(3)分散式空调将蒸发器、冷凝器、压缩机等各部件分散安装在汽车各个部位，并用管道相联接。轿车、中小型客车及货车都采用这种结构形式。3．按蒸发器的布置方式分类汽车空调按蒸发器的布置方式可分为仪表台板式空调、顶置式空调。(1)仪表台板式经常称为前置式空调，蒸发器安装在仪表台板之下，与车内内饰融为一体，布置美观，如微型轿车及微型单、双排座车均采用这种方式，这种布置方式的优点是前排冷气效果好，第二排次之。但微型客车的第二排冷气效果则较差。(2)顶置式空调蒸发器吊置于车内顶上，因此俗称顶置式空调，一般常安装于中部，有的人称其为中央空调。这种布置方式的优点是车内降温平衡，整体降温平衡，克服了仪表台板式空调的缺点。4．按蒸发器和冷凝器的数量的不同分类汽车空调按蒸发器和冷凝器的数量可分为单蒸单冷式、单蒸双冷式、双蒸单冷式和双蒸双冷式。(1)单蒸单冷式一个蒸发器、一个冷凝器。微型车普遍采用这种方式，如夏利微型轿车和云雀微型轿车。(2)单蒸双冷式一个蒸发器、两个冷凝器、一般是由于冷凝器的安装位置受限，冷凝器只能平置，无迎风效果，于是安装一个副冷凝器，在主冷凝器与副冷凝器之间形成“串联”联接。(3)双蒸单冷式两个蒸发器、一个冷凝器。这种结构一般是一个前置式蒸发器(仪表台板式)和一个顶置式蒸发器，两个蒸发器之间“并联”联接，前置式蒸发器主要用于前排(驾驶员)及第二排的制冷，而顶置式蒸发器用于后两排的制冷，车内降温比较平衡。(4)双蒸双冷式两个蒸发器、两个冷凝器。双蒸发器带来了系统的不匹配，特别是高压太高，而主冷凝器又由于空间的限制不能做得太大，这时就需增加副冷凝器，系统高压会变得非常理想。但这种布置方式结构复杂、管路接头多、易泄漏、成本较高、安5装也要困难些。1.5汽车空调发展史自1886年德国的卡尔.本茨（KarlBenz）造出第一辆汽车至今百余年来，汽车工业发展很快，各类汽车（普通型小轿车、大客车、旅游车等各种专用车）已经成为日前人们的重要交通工具，汽车工业也已成为国民经济的支柱产业。随着汽车工业的发展和人们物质文明水准的提高，人们逐渐注重对汽车的舒适性要求，因而汽车空调技术也得以相应发展。汽车空调的起步约比汽车的问世落后半个世纪，但它的发展速度却很快，这不但表现在数量上（全世界汽车中40％已装有空调），而且在结构性能上也有很大改善。1927年在美国问世的第一台空调系统只含有一个加热器、一个空气过滤器和一套通风系统，因此它仅能供暖。美国Packard公司第一次以机械方式制冷用于车用空调是在1940年，随后于1954年第一台冷暖一体化的整体式空调设备已安装在美国Nash牌小汽车上，不久于1960年在Cadillac轿车上即出现了第一台自动控温的汽车空调装置。1979年，美国和日本共同推出了微机控制的空调系统，它不仅实现了数字显示和操作自动化，而且对压缩机等主要部件的工作可进行最佳控制，在自动选择室内、外进出风量方面也进行了满意解决。半个多世纪来，汽车空调技术的发展主要表现在追求整个空调系统的小型轻量化，减少能源消耗和实现自动控制方面。汽车空调技术的发展是从低级到高级，由功能简单向功能齐全方向发展的，其发展过程可以概括为以下五个阶段：第一阶段：单一供暖，即利用房间取暖的方法的汽车空调。1925年首先在美国出现利用汽车冷却液通过加热器的方法取暖。到1927年发展到具有加热器、鼓风机和空气滤清器等比较完整的供热系统。目前在寒冷的北欧、亚洲北部地区，汽车空调仍然使用单一供暖系统。第二阶段：单一制冷的汽车空调。1939年，由美国通用汽车帕克公司(PACKARD)首先在轿车上安装机械制冷降温的空调器，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。如广东、海南岛使用的空调出租汽车，大部分只有制冷降温功能。第三阶段：冷暖一体化的汽车空调。1954年美国通用汽车公司，首先在纳什(NASH)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，目前冷暖一体的空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤和除霜等功能。第四阶段：自动控制的汽车空调。冷暖一体汽车空调需要人工操纵，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6空调安装在凯迪拉克轿车上。这种自动空调装置只要预先设置好温度，机器就能自动地在设定的温度范围内工作，达到调节车内空气的目的。第五阶段：微型计算机控制的汽车空调。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微型计算机控制的汽车空调系统，1977年同时安装在各自生产的汽车上。微型计算机控制的汽车空调功能增加了显示数字化，冷、暖、通风三位一体化。微型计算机根据车内外的环境条件，控制空调器的工作，实现了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最佳的舒适性。目前微型计算机控制的汽车空调都装在高级汽车上，如福特公司的林肯、丰田汽车公司的凌志、本田汽车公司的雅阁和三菱大客车等。1.6我国汽车空调的发展现状在20世纪60年代，我国曾经有利用汽车发动机排出的高温废气来取暖的供热系统，并在60～70年代生产的北京吉普和北方的一些长途客车上应用。1976年以来，上海、南京、广东等地开始生产汽车空调设备，但这些产品大多数是为轿车配套的。20世纪80年代初期，我国从日本购进降温用汽车制冷系统，装在我国生产的红旗、上海、伏尔加等小轿车上，并发展成单一的降温汽车空调。20世纪80年代中后期，我国第一汽车制造厂以及上海、北京、湖南、广州、佛山等地分别从日本、德国引进先进的空调生产线和空调技术，使我国的汽车空调技