汽车空调系统论文文献

汽车空调维修毕业论文摘要：随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车开始走进千家万户。人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性的同时，如今也更加注重对舒适性的要求。因而，空调系统作为现代轿车基本配备，也就成为了必然。近年来,环保和能源问题成为世界关注的焦点,也成为影响汽车业发展的关键因素,各种替代能源动力车的出现,为汽车空调业提出了新的课题与挑战。自本世纪20年代汽车空调诞生以来，伴随汽车空调系统的普及与发展，汽车空调的发展大体上经历了五个阶段：单一取暖阶段、单一冷气阶段、冷暖一体化阶段、自动控制阶段、计算机控制阶段。空调的控制方法也经历了由简单到复杂，再由复杂到简单的过程。作为汽车空调系统的电路控制方面也再不段的更新改进，同时，我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达到100%的普及性，空调已成为现代汽车的一向基本配备。给汽车空调的使用与维修问题带来新的挑战。论文最后以汽车空调故障检修的方法，对汽车空调系统的再深入探讨，以达到对汽车空调系统的了解，并运用在实际工作中。关键词：汽车空调 压缩机 检修（一）汽车空调的过去与未来汽车空调是指对汽车座厢内的空气质量进行调节的装置。不管车外天气状况如何变化，它都能把车内的湿度、温度、流速、洁度保持在驾驶人员感觉舒适的范围内。最原始的汽车空调仅是开窗换气式。最早的汽车空调装置始于1927年，它仅由加热器、通风装置和空气过滤器三者组成，且只能对车室供暖。准确地讲，汽车空调的历史，应该从制冷技术应用在车上开始。20世纪30年代末期美国的几部公共汽车上装上了应用制冷技术的冷气装置。直到20世纪60年代，应用制冷技术的汽车空调才开始逐步地普及起来。以后，人们对汽车空调的兴趣逐年增加，汽车空调技术日趋完善，功能也越来越全面。它的发展大体上可以分为如下几个阶段：单一供暖空调装置阶段 始于1927年，目前在寒冷的北欧，亚洲北部地区，汽车空调仍使用单一供暖系统。单一供冷空调装置阶段 始于1939年，美国帕克汽车公司率先在轿车装上机械制冷降温空调器。目前单一降温的汽车空调仍在热带、亚热带部分地区使用。冷暖型汽车空调阶段 始于1954年，原美国汽车公司，首先在轿车安装于冷暖一体化空调器，这样汽车空调才具备了降温、除湿、通风、过滤、除霜等空气的调节功能。该方式目前仍然大量的使用在低档车上，是目前使用量最大的一种方式。自控汽车空调装置阶段 由于前述的冷暖型汽车空调需依靠人工调节，这既增加上司机的工作量，还使控制不理想。通用汽车公司1964年率先在轿车上应用自控汽车空调。自控空调只需预先设定温度装置，便能自动地在设定的温度范围内运行。装置根据传感器随时检测车外温度，自动地调制装置各部件工作，达到控制车外温度和行驶其他功能的目的。目前，大部分的中高级轿车，高级大客车都装备自控空调电脑控制汽车空调阶段 自1977年美国通用汽车公司、日本五十铃汽车公司，同时将自行研制的电脑控制汽车空调系统装上各自的轿车上后，即预示着汽车空调技术已发展到一个新阶段。电脑控制的汽车空调功能增加，显示数字化，冷、暖、通风调控三位一体化。电脑按照车内外的环境所需，实现了调节的精细化。通过电脑控制实现了空调运行与汽车运行的协调，极大地提高了制冷效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和舒适程度。目前电脑控制的空调都装上豪华型轿车上。（二）汽车空调的特点众所周知汽车空调是以采用发动机的动力为代价来完成调节车厢内空气环境的。了解汽车空调的特点，有利于进行汽车空调的使用和维修。与室内空调相比，汽车空调主要有如下特点：1. 汽车空调安装在行驶的车辆上，承受着剧烈频繁的振动和冲击，因此，各部件应有足够的强度和抗振能力，接头应牢固并防漏。不然将会造成汽车空调制冷系统的泄露，结果破坏了整个空调系统的工作条件，严重的会损坏制冷系统的压缩机等部件。使用中要经常检查系统内制冷剂的多少，据统计，由于制冷剂的泄露而引起的空调故障约占全部故障的80%。2. 汽车空调所需的动力均来自发动机。其中轿车、轻型汽车、中小型客车及工程机械，空调所需的动力和驱动汽车的动力均来自一台发动机。这空调称非独立空调系统。大型客车和豪华型大、中客车，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立独立的取暖设备，故称之为独立式空调系统。虽然非独立空调系统会影响汽车的动了性，但它相对于独立空调，在设备成本、运行成本上都较经济。据测试，汽车安装了非独立式空调后，耗油量会增加10%到20%（与车速有关）。发动机输出功率减少10%到12%。3. 汽车空调的特定工作环境要求汽车空调的制冷、制热能力尽可能的大。其原因如下：（1）夏天车内的乘客密度大，产热量大，热负荷高；冬天采暖人体所需的热量亦大。（2）为了减轻自重，汽车隔热层一般很薄，加上汽车门窗多，面积大，所以汽车隔热性差，热损大。（3）汽车的工作环境因在野外，直接受阳光、霜雪、风雨等的影响，环境变化剧烈。要使汽车空调在最短的时间里在车厢内达到舒适的环境，就要求其制冷量特别大。对非独立的空调系统来说，由于发动机工况频繁变化，所以制冷系统的制冷机变化大。比如发动机在高速和怠速运行时，转速相差10倍。这必然导致压缩机输送的制冷剂量变化极大。制冷剂流量变化大，轻者引起制冷效果不佳，重者引起压力过高，压缩机出现敲击现象，发生事故。因此，汽车空调制冷系统较室内复杂得多。（4）由于汽车本身的特点，要求汽车空调结构紧凑，质轻、量小，能在所有限的空间进行安装。目前空调的总比重比60年代下降了50%，而制冷能力却提高了50%。（5）汽车空调的供暖方式与室内空调完全不同。对于非独立式汽车空调，一般利用发动机的冷却水或废气余热，而室内空调则是利用一个电磁阀，改变制冷剂量，机组很快起动并转入稳定状况。（三）汽车空调的性能评价指标1.温度指标温度指标是指最重要的一个环节。人感到最舒服的温度是200C到280C，超过280C，人就会觉得燥热。超过400C，即为有害温度，会对人体健康造成损害。低于140C人就会觉得冷。当温度下降到00C时，会造成冻伤。因此，空调应用控制车内温度夏天在250C，冬天在180C，以保证驾驶员正常操作，防止发生事故，保证乘员在舒适的状况下旅行。2．湿度指标湿度的指标用相对湿度来表示。因为人觉得最舒适的相对湿度在50%--70%，所以汽车空调的湿度参数要控制在此范围内。3．空气的清新度由于空间小，乘员密度大，在密闭的空间内极易产生缺氧和二氧化碳浓度过高。汽车发动机废气中的一氧化碳和道路上的粉尖，野外有毒的花粉都容易进入车厢内，造成车内空气浑浊，影响驾驶人员身体健康。这样汽车空调必须具有对车内空气过滤的功能，以保证车内空气清新度。4．除霜功能由于有时汽车内外温度相差很大，会在玻璃上出现雾式霜，影响司机的视线，所以汽车空调必须有除霜功能。5．操作简单、容易、稳定。汽车空调必须作到不增加驾驶员的劳动强度，不影响驾驶员的视线的正常驾驶。第二章汽车空调的组成与原理（一）汽车空调的工作原理压缩机运转时，将蒸发器内产生的低温低压制冷剂蒸气吸入并压缩后，在高温高压（约700C，1471KPa）的状况下排出。这些气态蒸气流入冷凝器，并在此受到散热和冷却风扇的作用强制冷却到500C 左右。这时，制冷剂由气态变为液态。被液化了的制冷剂，进入干燥器，除去了水和杂质后，流入膨胀阀。高压的液态制冷剂从膨胀阀的小空流出，变为低压雾状后流入蒸发器。雾状制冷剂在蒸发器内吸热汽化变为气态制冷剂，从而使蒸发器表面温度下降。从送风机出来的空气，不断流过蒸发器表面，被冷却后送进车厢内降温。气态制冷剂通过蒸发器后又重新被压缩机吸入，这样反复循环即可达到制冷目的。（二）汽车空调主要功能包括以下4大部分: 制冷、制热、通风、除湿制冷系统原理：汽车空调的压缩机依靠汽车发动机的动力提供,汽车在怠速状态下打开空调制冷怠速会明显增大,油耗也会相应的增加,油耗增加的大小与环境温度有最直接的关系,环境温度高制冷剂膨胀的压力大,发动机驱动空调的消耗也相应加大,环境温度低油耗相应减少。制热系统原理：汽车空调制热与压缩机没有丝毫关系,制热的热源不是空调本身获取的,是由汽车的散热水箱（中控台下面的暖风机总成内的副水箱）提供,早晨在热车前空调吹出来的是冷风,待热车后空调热风源源不断的送出来,制热本身基本没有能量消耗,是利用汽车的余热完成的.但在冬季，为了提升水温，加大喷油量，也使耗油量增加。但是只是在启动初期，等发动机运转正常，就是利用发动机的散热来供暖了。（而有的柴油车由于水温上升慢，为了一发动车就能享受到暖风，所以在暖风机里面加有电热丝）。通风：通风分为内循环和外循环, 使用内循环时车内空气基本不与外界交流,使用外循环时位于挡风玻璃下的新风口会将外界的空气源源不断的送进来,以保持车内空气的清新.除湿：空调制冷的过程就是除湿的过程,从制冷时产生的大量冷凝水就可以看出来了,在湿度较大的阴雨天气或是温差太大的时候车内的玻璃上容易起雾,打开空调驱雾就是一个除湿的过程。（三）汽车空调的组成 汽车空调一般主要由压缩机、电控离合器、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、贮液干燥器、管道、冷凝风扇等组成。汽车空调分高压管路和低压管路。1.电磁离合器 在非独立式汽车空调制冷系统中，压缩机是由汽车主发动机驱动的。在需要时接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。另外，当压缩机过载时，它还能起到一定的保护作用。因此，通过控制电磁离合器的结合与分离，就可接通与断开压缩机。 当空调开关接通时，电流通过电磁离合器的电磁线圈，电磁线圈产生电磁吸力，使压缩机的压力板与皮带轮结合，将发动机的扭矩传递给压缩机主轴，使压缩机主轴旋转。当断开空调开关时，电磁线圈的吸力消失。在弹簧作用下，压力板和皮带轮脱离，压缩机便停止工作。2.压缩机作用是使制冷剂完成从气态到液态的转变过程，达到制冷剂散热凝露的目的。同时在整个空调系统，压缩机还是管路内介质运转的压力源，没有它，系统不仅不制冷而且还失去了运行的动力。 （1）用于汽车制冷系统的压缩机按运动型式可分为：往复活塞式 曲轴连杆式径向活塞式轴向活塞式 翘板式斜板式旋转式 旋叶式 圆形汽缸椭圆形汽缸转子式 滚动活塞式三角转子式螺杆式涡旋式1）曲轴连杆式压缩机 图（1）曲轴连杆式压缩机曲轴连杆式压缩机如图（1）它是一种应用较为广泛的制冷压缩机。压缩机的活塞在汽缸内不断地运动，改变了汽缸的容积，从而在制冷系统中起到了压缩和输送制冷剂的作用。压缩机的工作，可分为压缩、排气、膨胀、吸气等四个过程 2) 斜板式压缩机图（2）斜板式压缩机斜板式压缩机如图（2）它的润滑方式有两种，一种是采用强制润滑，用由主轴驱动的油泵供油到各润滑部位及轴封处。主要用于豪华型轿车或小型客车较大制冷量的压缩机。另一种是采用飞溅润滑，我国上海内燃机油泵厂生产的斜板式压缩机即是采用飞溅润滑。斜板式压缩机结构紧凑，效率高，性能可靠，因而适用于汽车空调。3）旋叶式压缩机图（3）旋叶式压缩机旋转叶片式压缩机如图（3）由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小 ，易于在狭小的发动机舱内进行布置 ，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点 ，在汽车空调系统中也得到了一定的应用 。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高 ，制造成本较高 。4)滚动活塞式压缩机滚动活塞式压缩机具有质量小、体积小、零部件少、效率高、可靠性好以及适宜于大批量生产等优点。3.冷凝器 汽车空调制冷系统中的冷凝器是一种由管子与散热片组合起来的热交换器。其作用是：将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气进行冷却，使其凝结为高压制冷剂液体。 汽车空调系统冷凝器均采用风冷式结构，其冷凝原理是：让外界空气强制通过冷凝器的散热片，将高温的制冷剂蒸气的热量带走，使之成为液态制冷剂。制冷剂蒸气所放出的热量，被周围空气带走，排到大气中。汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式和鳝片式三种。(1) 管带式它是由多孔扁管与S形散热带焊接而成，如图 12所示。管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些(一般可高10%左右〉，但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高。一般用在小型汽车的制冷装置上。(2) 鳝片式它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳝片状散热片，然后装配成冷凝器，如图 13所示。由于散热鳝片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外，管、片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。所以，是目前较先进的汽车空调冷凝器。4.蒸发器 也是一种热交换器，也称冷却器，是制冷循环中获得冷气的直接器件。其作用是将来自热力膨胀阀的低温、低压液态制冷剂在其管道中蒸发，使蒸发器和周围空气的温度降低。同时对空气起减湿作用。5.膨胀阀膨胀阀也称节流阀，是组成汽车空调制冷系统的主要部件，安装在蒸发器入口处，是汽车空调制冷系统的高压与低压的分界点。其功用是：把来自贮液干燥器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时可防止压缩机发生液击现象(即未蒸发的液态制冷剂进入压缩机后被压缩，极易引起压缩机阀片的损坏)和蒸发器出口蒸气异常过热。 6.贮液干燥器贮液干燥器简称贮液器。安装在冷凝器和膨胀阀之间，如图 20所示，其作用是临时贮存从冷凝器流出的液态制冷剂，以便制冷负荷变动和系统中有微漏时，能及时补充和调整供给热力膨胀阀的液态制冷剂量，以保证制冷剂流动的连续和稳定性。同时，可防止过多的液态制冷剂贮存在冷凝器里，使冷凝器的传热面积减少而使散热效率降低。而且，还可滤除制冷剂中的杂质，吸收制冷剂中的水分，以防止制冷系统管路脏堵和冰塞，保护设备部件不受侵蚀，从而保证制冷系统的正常工作。贮液器出口端旁边装有一只安全熔塞，也称易熔螺塞，它是制冷系统的一种安全保护装置。其中心有一轴向通孔，孔内装填有焊锡之类的易熔材料，这些易熔材料的熔点一般为85℃-95℃。7.孔管孔管是固定孔口节流装置。两端都装有滤网，以防止系统堵塞。和膨胀阀一样，孔管也装在系统高压侧，但是取消了贮液干燥器，因为孔管直接连通冷凝器出口和蒸发器进口。孔管不能改变制冷剂流量，液态制冷剂有可能流出蒸发器出口。因此，装有孔管的系统，必须同时在蒸发器出口和压缩机进口之间，安装一个积累器，实行气液分离，以防液击压缩机。 孔管是一根细钢管，它装在一根塑料套管内。在塑料套管外环形槽内，装有密封圈。有的还有两个外环形槽，每槽各装一个密封圈。把塑料套管连同孔管都插入蒸发器进口管中，密封圈就是密封塑料套管外径和蒸发器进口管内径间的配合间隙用的。安装使用后，系统内的污染物集聚在密封圈后面，使堵塞情况更加恶化。就是这种系统内的污染物，堵塞了孔管及其滤网。这种孔管不能修，如需维护，只能清理滤网。坏了只有更换，孔管内孔的积垢，也不能清理。 8.积累器 用孔管代替膨胀阀时，汽车空调制冷系统要在低压侧安装积累器。积累器是一种特殊形式的贮液干燥器，用于回气管路中的气液分离，滤网设计有特殊要求，只许润滑油从中通过，而不允许液态制冷剂从中通过。使用孔管的汽车空调制冷系统，总是存在一种可能性：制冷剂离开蒸发器时，还是液体。为了防止液态制冷剂损坏压缩机，必须在蒸发器出口和压缩机进口之间设置积累器，以防止液态制冷剂通过。液态制冷剂在积累器中蒸发，然后以气态形式进入压缩机。9.风机 汽车空调制冷系统采用的风机，大部分是靠电机带动的气体输送机械，它对空气进行较小的增压，以便将冷空气送到所需要的车室内，或将冷凝器四周的热空气吹到车外，因而风机在空调制冷系统中是十分重要的设备。 风机按其气体流向与风机主轴的相互关系，可分为离心式风机和轴流式风机两种。10.电磁旁通阀电磁旁通阀多用于大、中型客车的独立式空调制冷系统，其作用是控制蒸发器的蒸发压力和蒸发温度，防止蒸发器因温度过低而结霜。电磁旁通阀一般安装在贮液干燥器与压缩机吸入阀之间。11.主轴油封 主轴油封损坏，会引起雪种和润滑油泄漏。一般可以从有关的油迹来确定泄漏的地方。也可将压缩机拆下，浸入水中，以进出、口不没入水中为度。将排气口堵住，再从进气口加气压。从有关冒气泡的地方很容易确诊是不是主轴油封泄漏。 （四）汽车空调系统分类（按动力源分） 1.独立式空调：有专门的动力源（如第二台内燃机）驱动整个空调系统的运行。一般用于长途货运、高地板大中巴等车上。独立式空调由于需要两台发动机，燃油消耗高，同时造成较高的成本，并且其维修及维护十分困难，需要十分熟练的发动机维修人员，而且发动机配件不易获得，尤其是进口发动机；另外设计和安装更容易导致系统质量问题的发生，而额外的驱动发动机更增加了发生故障的概率。 2.非独立式空调：直接利用汽车的行驶动力（发动机）来运转的空调系统。非独立式空调由主发动机带动压缩机运转，并由电磁离合器进行控制。接通电源时，离合器断开，压缩机停机，从而调节冷气的供给，达到控制车厢内温度的目的。其优点是结构简单、便于安装布置、噪音小。由于需要消耗主发动机10%-15%的动力，直接影响汽车的加速性能和爬坡能力。同时其制冷量受汽车行驶速度影响，如果汽车停止运行，其空调系统也停止运行。尽管如此，非独立式空调由于其较低的成本（相对独立式空调），已逐渐成为市场的主导产品。目前，绝大部分轿车、面包车、小巴都使用这种空调。 （五）汽车自动空调系统汽车自动空调系统指的是根据设置在车内外的各种温度传感器的输出信号，由ECU中的微机进行平衡温度的演算，对进气转换风扇、送气转换风门、混合风门、水阀、加热继电器、压缩机和鼓风机等进行自动控制，按照乘客的要求，使车厢内的温度和温度等小气候保持在使人体感觉最舒适的状态。自动空调控制系统的传感器一般有车厢内温度传感器、车厢外温度传感器、蒸发器温度传感器、太阳能传感器、水温传感器等。其中水温传感器位于发动机出水口，它将冷却水温度反馈至ECU，当水温过高时ECU能够断开压缩机离合器而保护发动机，同时也使ECU依据水温控制冷却水通往加热芯的阀门。各个传感器将温度信息反馈到ECU，ECU通过“混合风档”的冷暖风比例而控制空气流的温度，例如当温度过低时ECU指令冷气流经加热芯升温，当温度过高时则增大冷气，当车厢内温度达到预定值时，ECU会发出指令停止“混合风档”伺服电动机运转。同时，ECU还通过“方式风档”伺服电动机控制气流流向，确定出风口的吹风角度。第三章汽车空调的检修一、汽车空调检修的基本工具1.修理空调器的常用工具（1）活板手（2）开口扳手（3）套筒扳手（4）内六角扳手（5）钢丝钳（6）尖嘴钳（7）十字螺丝刀（8）一字螺丝刀（9）锉刀：圆（10）手弓钢锯（11）手枪钻（12）钻头（13）冲击钻（14）刀子（15）剪刀（16）锤子：铁锤、木锤、橡皮锤各1把 （17）卡钳（18）小镜子（19）钢卷尺（20）酒精灯（21）温度计（22）电烙铁（23）万用表（24）低压测电笔2.维修用大设备 （1）真空泵：一般选用排气量为2L/s，真空度达到5×10-4mmHg的真空泵；（2）气焊设备：氧气瓶、乙炔瓶、减压阀、乙炔单向阀及配套输气管及焊具共1套； （3）电焊设备：电焊机、输入和输出电缆线、焊把及、焊条共1套；（4）制冷器钢瓶：用来存放制冷剂，一般选用3kg～40kg不等，按实定； （5）定量加液器：可以准确地比空调器充注制冷剂 1套； （6）台秤：以确保小钢瓶的充灌制冷剂不超过额定量，避免意外发生 1台； （7）氮气瓶：存放氮气，可对空调器进行试压、检漏，以及对制冷系统进行冲洗 1套及配套；（8）卤素检漏灯或电子卤素检漏仪：对制冷系统进行检漏 1套；（9）兆欧表：测导线绝缘程度 500V直流的1套； （10）数字温度表：1套 测量空调器的进、出风温度； （11）功率表：测量空调器的输入功率1套；（12）可移动配电盘：供维修接临时电源用；3.维修专用工具（1）胀管器和扩口器：1套 （2）割管刀：切割铜管 1套 （3）弯管器：滚轮式弯管器和弹簧管式弯管器各1套 （4）修理阀：三通修理阀或复式修理阀1套（常用） （5）封口钳：将压缩机充气管封死，然后才可以焊封充气管 1套 （6）力矩扳手：空调配管之间的连接螺母一定要用相应的力矩扳手来坚固 （7）电动空心钻：用以打墙孔（小孔径可用冲击钻）、钻头选用70mm、80mm两种规格二、汽车空调制冷系统检修的基本操作1．制冷系统工作压力的检测 （1）将歧管压力计正确连接到制冷系统相应的检修阀上，如果手动阀，应使阀处于中位。 （2）关闭歧管压力计上的两个手动阀。 （3）用手拧紧歧管压力计上的高低压注入软管的联接螺母，让系统内侧的制冷剂将高低压注入软管内的空气排出，然后再将联接螺母拧紧。 （4）起动发动机并使发动机转速保持在1000~1500r/min，然后打开空调A/C开关和鼓风机开关，设置到空调最大制冷状态，鼓风机高速运转，温度调节在最冷。（5）关闭车门、车窗和舱盖，发动机预热。（6）把温度计插进中间出风口并观察空气温度，在外界温度为270C时，运行5min后出风口温度应接近70C.（7)观察高低压侧压力，压缩机的吸气压力应为207pa~24kpa，排气压力应为1103~1633kpa 。应注意，外界高温高湿将造成高温高压的条件。如果离合器工作，在离合器分离之前记录下数值。2.从制冷系统内放出制冷剂具体方法如下（1）关闭歧管压力计上的手动高低压阀，并将其高低压软管分别接在压缩机高低压检修阀上，将中间软管的自由端放在干净的软布上。（2）慢慢打开手动高压阀，让制冷剂从中间软布上排出，阀门不能开的太大，否则压缩机内的冷冻油会随制冷剂流出。（3）当压力表读数降到以下时，再慢慢打开手动低压阀，使制冷剂从高低两侧流出。（4）观察压力表读数，随着压力的下降，逐渐打开手动高低压阀，直至低压表读数到零为止。3.制冷剂充注程序 抽真空作业从高压侧充注200g液态制冷剂 第四章 总结随着我国汽车工业的高速发展，作为汽车技术现代化标志之一的汽车空调技术在我国蓬勃发展。汽车空调大大改善了乘坐环境，提高了成员的舒适性。近年来，各种完善的多功能型空调装置的应用，受到用户的普遍欢迎。但对于汽车空调维修人员来说将面临新的挑战！本论文对汽车空调的原理、结构以及必备的工具等知识做了一般性的介绍。重点对修理、维护做了详尽的介绍。这样做的原因，主要是考虑本论文所面对是汽车空调维修人员，并由此希望能帮助学习动手解决一般汽车空调故障的技能。第五章 参考文献【1】冯玉琪《实用空调制冷设备维修大全》电子工业出版社1994【2】张蕾 《汽车空调》机械工业出版社2007【3】夏云铧 齐红《汽车空调应用与维修—从入门到精通》机械工业出版社

浅谈汽车空调的概念设计与优化设计作者：一汽集团技术中心 顾宏伟 杨国瑞欢迎访问e展厅展厅8 汽车与公路设备展厅乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ...[摘要] 本文提出了汽车空调系统的一种全新设计方法：空调系统概念设计与优化设计。在设计过程中运用专业软件进行理论计算，提高了空调系统开发的质量、降低了开发成本、缩短了开发周期。并以CA6471 箱式车空调系统开发为例，对空调系统的概念设计与优化设计进行了说明。 关键词：空调系统概念设计与优化设计 设计验证 1 空调系统的概念设计 概念设计是汽车空调设计摆脱了传统的经验设计与匹配设计束缚的一种全新设计方法，陈旧的设计模式已经不能适应现代汽车开发的需要，在总结经验设计与匹配设计的基础上，概念设计作为适应现代汽车空调开发的一种比较实用和科学的方法应运而生。它的特点是：提高工作效率，缩短开发周期，降低人为错误几率，确保系统的性能真实再现。空调系统概念设计可定义为：与整车开发同步进行的，按控制节点，分段提出与之匹配空调系统的方案设想，将“虚拟的”方案设想通过必要的控制手段和方法，变为假定的“现实结果”，提前模拟出未来实车状态下空调系统的效果。 汽车空调系统的概念设计，是在整车开发阶段开始的。其中包含的主要内容有：可研分析、设计目标的确定、设计方案的论证、设计资源的合理利用、结果的预测。 概念设计的方法首次应用于CA6471 箱式车空调系统的开发，验证的结果非常令人满意。现在正在开发的换代卡车的空调系统，也正在应用此设计方法，前期看已经取得了一定的预期效果。 明确设计定位至关重要：以CA6471 厢式车为例，该车时我公司在CA6440 箱式车基础上开发的改进产品。对于箱式车而言，做到性能可靠、质量可靠、安全可靠时最基本的要求；从用户的角度看，对舒适性的评价，已经成为左右用户购买心理的关键因素，为什么呢？随着人们物质生活水平的不断提高，对汽车的要求已经不仅仅停留在“代步工具”的观念上，对乘坐的舒适标准要求越来越高。那么体现一种乘用车舒适性最普通的标志之一就是汽车空调。换句话，什么车，配置什么档次和水平的空调，市场定位非常重要。 明确设计性质非常重要：系统性能可靠、质量可靠、安全性好、舒适性好，用户才会认可。以CA6471车为例，该车的空调系统时在CA6440 的基础上开发的。CA6440 的空调系统于1992 年开始设计的，是我们接受的第一次比较正规的设计任务，受缺乏经验、设计手段落后等诸多因素的影响，导致投产后的CA6440 车问题不断，陷于连续的质量攻关的被动局面之中，可以说，在CA6440 车上我们获取了难得的经验，但也交足了学费。所以CA6471 车空调系统的设计不能再重复CA6440 的老路子，设计思想、方法都要彻底更新。 概念设计应遵循的原则：注重体现的是规范化、系列化、标准化、通用化、轻量化和模块化的设计原则。而以往的设计，这方面完全被淡化了，没有引起足够的重视。 规范化是指严格按着产品开发的程序进行操作，树立法规标准意识，加强理论计算和优化计算，提高设计质量，控制性能指标与目标成本。 系列化是指在基本车型的基础上，不断衍生出其它车型。就空调而言，是指以基本车型的空调系统中的某些关键部件为核心，建立主体数据模型平台，为其它车型开发提供条件和支持。如中重型卡车系列有一套空调系统平台，轿车有一套空调系统平台，而轻型车又有一套空调系统平台。 标准化是指设计要符合企业标准、行业标准与国家标准，尤其要满足强制法规要求。国家经贸委和环保局曾发出禁令：2002 年起全面废止CFC—12 车用空调的使用，否则禁止整车销售。由于我们技术改造与设计都提前做了工作，保证了一汽所有的车型都适时地采用了符合环保要求的CFC—134a 空调系统。 通用化是指设计过程中，要尽可能采用与本设计相关、相近、相同的空调其它部件，达到控制、降低成本的目的。如CA1041L 轻卡CA6471 厢式车的空调“三箱”就是一个通用的典型。 轻量化是指设计过程中，要尽可能采用新型轻质材料，尽量降低系统部件的重量，满足整车降重的要求。 模块化是将系统一个或几个部件集中在一起形成模块，目的便于安装与维修，提高装配效率。CA6471厢式车空调系统是比较典型的模块化设计，空调的“三箱”总成，即风机总成、制冷器总成、加热器总成既可自成一块，又可合成一体。 设计目标是衡量空调系统的最高标准，也是一项重要的考核指标。设计目标的提出要有科学依据、可比性、可实施性。 以CA6471 车为例，提出的设计目标： (1) 纵向对比系统降温指标高于CA6440 车。 (2) 横向对比系统降温指标不低于市场上同类车型。 (3) 按着性价比衡量，在CA6440 的基础上，成本增加力争控制在10%以内。 设计方案评审，评审的内容是：计划草图（方案图）和详细计划图。计划图的质量越高，后期的结构设计更改就越少，工作效率也越高。尤其是空调“三箱”总成的布置，与仪表板的结构和造型有着密切的关系，必须同步考虑。 以前的设计流程中，由于缺少评审这道关键环节，使得很多的设计错误及隐患未暴露出来，以至投产时才发现有设计失误，造成不良影响和损失。我们现在开发的换代卡车，空调系统的前期设计就是不断地经过反复的逐级评审，最终拿出来的方案就非常成功。 设计资源的合理使用与配置是影响设计质量、工作效率及设计周期的重要因数。 设计资源包括系统的专用件、通用件、标准件数据库及相关车型系统的试验数据库，还有先进的设计软件（PRO-E、CATIA）作为设计工具。现在我们已经建立了压缩机专用数据库、管接头通用件数据库、中型/轻型车空调降温试验数据库，作为新产品开发的参考依据；同时也正在开发空调模拟仿真设计软件，不断完善和提高设计手段。 2 概念设计中的理论计算 汽车空调热负荷是确定空调系统送风状态和确定空调系统部件规格的基本依据。 空调热负荷的计算方法有图表法、简易计算法、热稳定计算法和非稳定计算法。通常采用简易计算法，它的缺点是手工运算工作量大，偏差比较大，考虑的影响因素也有限。这是以往匹配设计时，经常采用的手段。如果采用经验设计甚至放弃计算，完全依赖后期的试验验证的结果来证明系统设计是否合理，使设计人员完全处于一种被动的期待状态之中。 现在系统设计的理论计算，完全采用我们自己开发的设计软件进行计算（校核）。其特点是运算速度快，准确率高，有助于性能参数的确定与设计目标的实现。 热负荷计算主要与驾驶室内饰及驾驶室外形尺寸长、宽、高，乘员数量等有关。 热负荷包括：乘员负荷（包括潜热和显热），换气负荷（与室内外温度、湿度和换气量有关），车身传导热负荷（与车身外表颜色、地板/侧围/前围/后围/风窗/内饰和车速有关），热辐射负荷（主要与风窗有关）。如果是手工计算，工作量非常大；如果用专用软件，又快又准，输入不同工况、不同车型、不同地区、不同车身颜色等条件就能得出结果，手工运算是无法比拟的。 主要性能参数的确定：根据热负荷的结果，同样以软件继续运算，进而确定系统各主要部件的性能参数。例如，通过运算知道，若满足热负荷的要求（输入工况条件），需要压缩机的排量为170mL/rev 型号的，那么计算机会自动在压缩机库中，按着库中已有的压缩机性能曲线逐一进行判别，最后选出排量接近170mL/rev 的一种或多种不同压缩机型号，再根据发动机的匹配要求，选出符合要求的机型。 同样，确定蒸发器结构形式（管带式/层叠式/管片式）就可以算出蒸发器本体体积大小，同样确定冷凝器的结构形式（管带式/平行流）就可以算出定冷凝器本体体积大小，由此再根据整车布置的要求，确定具体的结构形式、安装方式及细部尺寸。鼓风机的风量、电机的功率同样也可以通过计算确定。 3 空调系统的优化设计 优化计算：是建立在系统理论计算的基础上，对理论计算的结果进行反馈，对设计进行的完善与提高，最终实现对系统的优化设计。理论计算已经成为我们现在运用的方法，通过它可以初步判定系统设计是否合理；而优化计算是对样车出来后的降温试验数据，暴露出的设计缺陷，还需要进行改进设计而提出的。 空调系统进行理论计算后，优化可提前纳入到概念设计中，提高空调系统开发质量、降低开发成本、缩短开发周期。 优化设计的目标确定：通过试制样车试验，检查空调系统是否工作正常，验证实际环境下的降温指标是否达到设计要求。以CA6471 车空调系统为例，进行说明。 首先，分析一下试验数据：通过以上三组数据，可以得出以下结论： (1) 40km/h 和80km/h 工况下，空调工作30min 系统平衡时，车是内平均温度在～℃范围内。符合前面设计要求提出的24～26℃的目标值。 (2) 如果环境温度为35℃，估计车室内的温度至少还会降1℃左右。但是，40km/h 和80km/h 两组数据已经低于对手车型1～2℃。至少说明一点，空调系统在性能上并不比它差。 (3) 怠速工况下，出风口平均温度为℃,车室平均温度为℃,这样的温度对乘员与司机来说，是不能忍受的。 因此，CA6471 车在怠速工况下，降温效果不理想，主要表现在出风口温度偏高。所以，如何采取措施加以改进，这就锁定了要优化的目标。 分析产生问题结症的方法：本文采用了排除法与数据分析法来最终判定在空调系统的哪个环节上出现了问题。 首先用排除法（前提条件系统内部无堵塞、杂质、空气和水分等）。压缩机是经过性能台架测试的，试验过程中未发现异常，可以排除；前制冷器与换代轻卡通用，性能参数一样；后制冷器与CA6440 结构通用，性能参数也一样；唯一的变数就是冷凝器，那么问题极有可能出在这里。 其次用数据分析法（这是最科学、最合理的判定）。怠速工况下，系统工作最为苛刻：机舱高温辐射高达90℃，热风回流导致冷凝器进风温度上升，完全靠冷凝器电机风扇强制散热。这一点，从系统的高低压侧的吸排气压力值就可以得到证实：30min 时，吸气压力，排气压力。正常状态下，吸气压力应在～，排气压力应在～。由此，判定结症是怠速工况下，系统压力偏高所致。而影响系统压力偏高的主要部件，最大疑点就是冷凝器。通过以上两种方法判定，结症出在冷凝器总成身上。 为什么采用高效的平行流冷凝器，散热效率反而下降了呢？因为冷凝器的放热量标定是在台架上测试来的，而且通风效率很高，制冷剂流动性好，这都有助于冷凝器发挥最大效能。而CA6471 实车状态的冷凝器确是呈腹卧式布置，两个风扇对角安装、制冷剂平行流动阻力大，造成风量的不均匀通过和不利于制冷剂的正常换热。也就是说，实车状态与台架是有区别的，它不能100%地再现台架的结果，同样与概念设计的预测结果，也可能存在一定范围内的偏差（10%以内）。因此，提高风量的有效通过面积，进而提高风扇效率，最大发挥冷凝器的潜能。 优化设计的方法研究：根据上述提出的优化的目标，优化对象初步确定为：一是冷凝器与电机风扇的匹配研究，二是冷媒分配不均对系统的影响研究（本论文在此略）。通过下表分析：通过以上数据对比，CA6471 车采用双风扇叶轮比对手车采用的单叶轮的风量多500m³/h，按理推算，这么大的风量将非常有助于冷凝器能力的发挥，但实际并非如此。两种风扇布置示意图如图：风量分布均匀性测试结果：从以上数据分析，双风扇对角布置时，电机转速在2300r/min 时，冷凝器出风风速最大，最小，沿无电机对角线上的风速差别很大，风量不均造成风量的损失，导致电机及风扇效率大大降低。 而用单风扇中心布置时，虽电机转速只有2000r/min，但冷凝器出风风速却比前者高，且各点风速相同，风量均匀通过冷凝器，效率非常高。 冷凝器总成噪声来源，可确定为双电机、双叶轮、对角布置、转速高等几个主要原因。降噪采取的最好措施就是用单电机、单叶轮、中心对称布置。 4 概念设计与优化设计的试验验证 (1) 优化后降温结果从试验数据可得出如下结论： 1） 在怠速工况时，低压为，高压为，基本上接近正常；此时车室内平均温度为℃,比改进前降低4℃，按着室内外温差8～10℃衡量，已经符合设计要求。另外通过人的实际感受，主观评价也认为可能接受。 2） 车速在40km/h 与80km/h 时，降温效果也是非常明显的，车室内平均温度降温幅度分别为℃和℃。 结果说明改后与改前比较，无论是怠速工况还是正常行驶工况，空调降温效果都有改善和提高，达到了改进的目的。 (2) 噪声对比结果 经试验室内测试，数据对比如下： 双电机双叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 78dB 2300r/min 单电机单叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 68dB 2000r/min 从以上数据比较，单电机单叶轮冷凝器总成噪声要比双电机双叶轮冷凝器总成噪声低10dB，相当可观。 5 结论 空调系统的概念设计是我们对前人的设计经验进行总结，学习先进的设计方法，并结合汽车空调专业的特点而提出的一种新的设计方法。 这种设计方法的特点是把更多的问题在设计前期以理论模拟计算的方式解决，以缩短设计试验周期、降低开发成本。随着设计要求和水平的不断提高，汽车空调的概念设计与优化设计将会得到不断的丰富与完善。(end)望采纳。。。。

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