第三章--汽车空调制冷系统

第三章汽车空调制冷系统2020/12/25汽车空调制冷系统2一、汽车空调制冷系统的总体结构尽管汽车空调系统多种多样，但其基本结构相差不大。制冷系统可分为两类：一类是膨胀阀系统，一类是孔管系统，其区别在于所用的节流膨胀装置不同，储液干燥器的安装位置不同。2020/12/25汽车空调制冷系统31、膨胀阀系统热力膨胀阀控制蒸发器供液量，保证蒸发压力在一定范围内变化。2020/12/25汽车空调制冷系统42、孔管系统节流管结构简单、不易损坏，不能控制蒸发器的供液量，只起节流降压作用。制冷系统原理2020/12/25汽车空调制冷系统5二、压缩机的结构原理1、压缩机的作用压缩机是制冷系统的心脏部件，压缩制冷剂蒸气，促使气态制冷剂不断的在制冷系统中循环流动，从而达到制冷的目的。2、要求1）制冷能力要强，确保在低速时有良好的制冷效果；2）效率要高，以节省发动机动力；3）体积小、重量轻、耐高温、抗振动、工作可靠等。2020/12/25汽车空调制冷系统63、压缩机的分类汽车空调压缩机主要采用容积式压缩机。按其运行方式分为往复式和旋转式两大类，这两类又根据其结构及形状的不同，又有不同形式。2020/12/25汽车空调制冷系统71)曲轴连杆式压缩机是使用时间最早、最长的第一代产品。仍在公共汽车和旅游客车上大量应用。2)翘板式和斜板式活塞压缩机是第二代产品。其优点是没有连杆，主轴上惯性较小、结构紧凑。从1953年至今，汽车空调仍以它为主。以上压缩机均属于往复活塞式压缩机。往复活塞式压缩机共同的特点是活塞作往复运动。所以运动惯性力大，转速的提高受到了限制。在相同体积下与其它压缩机比较，其制冷量小、振动大、容积效率较低。特别是惯性力对转速的限制，是它们可能被旋转式压缩机所取代的根本原因。2020/12/25汽车空调制冷系统83)旋叶式、滚动活塞式、三角转子式和螺杆式压缩机可以称为第三代产品。它们的共同特点是容积系数较高，都需要大量的粘度较高的冷冻油润滑和密封，所以润滑系统较复杂。4)涡旋式压缩机为第四代。其特点是基本具备了汽车对空调压缩机提出的要求和特性，是一种最有前途的压缩机。目前应用在轿车上的一些型号已全面地显示了其优越性，但其在大型客车上的应用还有一段距离。变容量节能型汽车空调压缩机是今后的发展方向。2020/12/25汽车空调制冷系统94、压缩机的结构原理1）曲轴连杆式是最早应用于汽车空调的机型，工艺成熟，性能可靠，但结构不紧凑、转速低、惯性力大、容积效率低，现在只用在一些大型客车上。压缩机的工作，可分为压缩、排气、膨胀、吸气等四个过程。2020/12/25汽车空调制冷系统10压缩：活塞从下止点到排气阀打开。排气：活塞从排气阀打开到上止点。2020/12/25汽车空调制冷系统11膨胀：活塞从上止点吸气阀打开。余隙容积吸气：活塞从吸气阀打开到下止点。曲轴连杆式压缩机原理2020/12/25汽车空调制冷系统12按气缸的布置型式分为直列式、V型、W型、S型。2020/12/25汽车空调制冷系统132）摇板式美国通用公司1955年应用于汽车空调的一种轴向往复活塞式压缩机。其工作平稳、结构紧凑、体积小，适于在空间狭小的车厢使用。2020/12/25汽车空调制冷系统142020/12/25汽车空调制冷系统15优点：1）将轴的旋转运动转换成活塞往复运动的机构被改变，使活塞平行于主轴，缸体呈圆形卧式安放，因而便于在发动机上安装和传动；2）气缸围绕主轴中心的圆周布置，可使结构紧凑，易于实现小型化和轻量化；3）采用多缸工作，动力平衡性能好，运转平稳。活塞往复运动而产生的往复惯性力能完全地自然得到平衡，往复惯性力也可利用主轴或斜盘上加平衡质量的方法予以完全平衡；4）排气均匀，驱动力矩变化小；5）由于其基本工作仍为往复式，故设计和生产工艺成熟，结构较为完善。缺点：1）气缸多，零部件多，加工量大，轴向尺寸较大；2）组装时调整的部位多。2020/12/25汽车空调制冷系统163）斜板式美国通用公司1964年研制的一种轴向往复活塞式压缩机。是目前轿车空调中应用较多的一种机型。2020/12/25汽车空调制冷系统172020/12/25汽车空调制冷系统18斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化，而且可以实现高转速工作。它的结构紧凑，效率高，性能可靠，在实现了可变排量控制之后，目前广泛应用于汽车空调。斜板式压缩机原理2020/12/25汽车空调制冷系统194）旋叶式属回转式压缩机，是一种工作容积能作回转运动的容积式压缩机。气缸形状有圆形和椭圆形２种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。2020/12/25汽车空调制冷系统20工作原理：转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积不断发生变化，制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。如果有２个叶片，则主轴旋转一周有２次排气过程。叶片越多，压缩机的排气波动就越小。2020/12/25汽车空调制冷系统21特点：1)容积效率高。旋叶式压缩机没有吸气阀，吸气损失小，并具有良好的密封性能，因此容积效率高。2)能高速运转、平稳性好。旋叶式压缩机的转子作旋转运动，无往复惯性力，而旋转惯性力易平衡。另外，转矩变化小、吸排气气流脉动小。因此运转平稳、噪声小，即使在高速旋转时，振动也小。3)体积小、质量轻。其质量只有同制冷量往复式压缩机的50％～70％，旋叶式压缩机零件少，易损件少，运动机构简单、质量小，机械的可靠性较高。4)旋叶式压缩机存在的主要缺点是叶片的耐磨性较差，端面密封性能较差。2020/12/25汽车空调制冷系统225）滚动活塞式压缩机滚动活塞式压缩机主要由曲轴、气缸、滚动活塞、排气阀、吸气口、滑片和弹簧组成。滚动活塞式原理2020/12/25汽车空调制冷系统23优点容积效率高，摩擦阻力小，制冷系数高，寿命长，结构紧凑，零件少，重量轻。缺点是制造精度要求高，特别是转子、缸体内径和曲柄的配合。2020/12/25汽车空调制冷系统246）涡旋式这种压缩机可以称为第４代压缩机，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成，动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差１８０°，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动，即无自转，只有公转。2020/12/25汽车空调制冷系统252020/12/25汽车空调制冷系统262020/12/25汽车空调制冷系统27具有很多优点。例如压缩机体积小、重量轻，驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。因为没有了吸气阀和排气阀，涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高。涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等优点，在小型制冷领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。2020/12/25汽车空调制冷系统28根据工作原理的不同，空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。定排量压缩机定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出，而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号，当温度达到设定的温度，压缩机电磁离合器松开，压缩机停止工作。当温度升高后，电磁离合器结合，压缩机开始工作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制，当管路内压力过高时，压缩机停止工作。电磁离合器原理2020/12/25汽车空调制冷系统29变排量空调压缩机变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号，而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中，压缩机始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时，压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比，这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度，低压端压力上升到一定程度时，压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。2020/12/25汽车空调制冷系统30二、换热器实现不同温度流体之间的热量交换。总体要求：换热效率高、结构紧凑、安装空间小、重量轻、阻力损失小、适应于系统匹配，便于在汽车上安装和维修。1、冷凝器1）作用和基本要求2020/12/25汽车空调制冷系统31放热分三个阶段：过热、两相和过冷。冷凝效果好坏与本身散热能力及通风效果有关。2020/12/25汽车空调制冷系统322）材料通常有铜、铝和不锈钢等。现在大多已全铝化，优点：密度小、加工性能良好、无毒、不带磁，使用安全。缺点：焊接困难。3）结构型式从传热学，总换热量取决于换热面积、传热系数和传热平均温差。结构型式有管片式、管带式、鳍片式和平流式。2020/12/25汽车空调制冷系统332020/12/25汽车空调制冷系统34管片式是较早采用的型式，为减小热阻，需胀管，其改进之处包括：片形革新、双翻边孔技术和强化制冷剂侧传热。特点：换热效果差，但结构简单，成本低，大中型汽车主要采用。2020/12/25汽车空调制冷系统35管带式比片式传热效率提高10％左右。但焊接工艺复杂。2020/12/25汽车空调制冷系统36与管带式相比，散热性能提高5％左右，工艺简化。但需专用铣削设备，弯管也需专用夹具。2020/12/25汽车空调制冷系统37由管带式发展来，但对扁管截断，如同管片式，两端各有集流管，最有前途，但焊点多。2020/12/25汽车空调制冷系统384）布置方式很多，常用安装在发动机水箱前，会影响发动机性能；另一种与发动机安装在同一垂直平面。还可将冷凝器单独分开安装，或布置在车侧面或车底。2020/12/25汽车空调制冷系统395）热平衡方程设计计算包括设计性计算和校核性计算。A由制冷系统决定的冷凝器热负荷B冷却介质带走的热量C冷凝器换热量2、蒸发器1）作用和基本要求不同于冷凝器，存在水桥和结霜现象，影响换热能力。2020/12/25汽车空调制冷系统402）结构型式管片式与冷凝器类似；管带式厚度增加；板翅式最有前途。性能对比：管片式不如管带式，管带式不如板翅式。2020/12/25汽车空调制冷系统412020/12/25汽车空调制冷系统422020/12/25汽车空调制冷系统432020/12/25汽车空调制冷系统442020/12/25汽车空调制冷系统453）表面亲水处理表面的干湿交换，会产生水桥和白色污染物。珠状冷凝效果不好，膜状冷凝更可取。4）热平衡方程与冷凝器类似。2020/12/25汽车空调制冷系统46三、节流膨胀机构主要是热力膨胀阀，以蒸发器出口过热度为信号，根据偏差自动调节制冷剂流量。1、作用节流降压、自动调节流量。2、结构及原理包括内平衡式、外平衡式、H型膨胀阀、节流膨胀管、电子膨胀阀。2020/12/25汽车空调制冷系统47膨胀阀的安装位置：安装在冷凝器和蒸发器之间。2020/12/25汽车空调制冷系统482020/12/25汽车空调制冷系统492020/12/25汽车空调制冷系统502020/12/25汽车空调制冷系统512020/12/25汽车空调制冷系统522020/12/25汽车空调制冷系统53膨胀阀的选用：一般情况下，膨胀阀容量应比蒸发器能力大20％～30％。根据蒸发器的压力损失来选用膨胀阀：当蒸发器压力损失较小时，宜选用内平衡式；当蒸发器压力损失较大时，宜选用外平衡式。汽车空调蒸发器内部阻力损失一般较大，多采用外平衡式膨胀阀。2020/12/25汽车空调制冷系统54优点：不受环境温度影响，免除因汽车振动而影响正常工作。缺点：加工难度大，膜片中心开孔会影响开阀特性。2020/12/25汽车空调制冷系统55H型膨胀阀外形2020/12/25汽车空调制冷系统56由毛细管、过滤网和两端壳体组成。特点：无运动部件、结