空调系统讲义.pptx

1、,汽车空调系统集成,1,整车热系统研究范围,2,整车热系统,动力总成冷却系统,整车热管理,汽车空调系统,汽车空调系统发展趋势,高效空调（EVDC，BLDC）替代制冷剂（1234YF，CO2）新能源车电动空调系统,低能耗,平台化模块化精准设计集成精益生产,低成本,精准设计集成高效系统,小尺寸,3,汽车空调系统集成,系统A,系统B,好的零件A,好的零件B,好的系统,好的零件C,4,好零件的集合好的系统 集成产生价值,水桶理论,汽车空调系统集成,制冷系统,加热系统,除霜除雾系统,控制系统,5,汽车空调系统集成整车开发体系成熟向匹配,汽车开发是系统工程，空调系统集成是其中一环，和,后期开发验证,能指标

2、批,整车性能,初始架构,性能配置,研,范输出,择,化,6,技术储备,开发验证,输入,空调系统前期开发,架构输出,项目立项初始方案确定方案确定方案 策略策略供应商项目规划竞争车辆架构件策和目标研究略子系统性信息输入指标制订件性能准 架构件初前端进风完成架构 始3D数模指标件技术规系统零件3D数模细供应商选系统零件3D细化,新技术预,制冷系统设计输入从定义目标开始,客户要求转化为工程指标（考核工况，数据库）,竞争车型,热舒适性要求,技术趋势,整车性能指标,7,项目输入,车型区间： A/B/C, Van,销售市场：国内/美国/欧洲/中东/东南亚/印度/俄罗斯？,竞争车型,产地,销量,成本,动力总成,

3、。,8,温度调研,月最高平均气温,40,30,20,10,0,-10,-20,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,月份,9,气温,吐鲁番重庆 海拉尔 三亚 宁波 绍兴 沈阳 上海 漠河 成都 哈尔滨 昌都,制冷系统热负荷,10,制冷系统性能选型,热从何而来,日照环境温湿度 发动机舱 排气系统路面 乘客 其他,11,制冷系统性能选型,日照对空调负荷影响巨大（不仅是车内温度）,日照强度日照方位角 玻璃面积 玻璃种类（特性）：反射率，折射率，透射率,N,CL,E,12,制冷系统性能选型,设计工况选择：高负荷恶劣工况,中速外循环（5080Kph），高负荷（高温、强日照）比对内循环快速

4、降温容易稳定，和实验比对修正容易系统整体能力怠速内循环，高负荷（高温、强日照）压缩机转速低冷凝器散热不佳，前端回流,13,制冷系统选型,蒸发器能力,整车热负荷,=,稳态,蒸发器负荷,冷凝器负荷,+,=,压缩机做功,14,制冷系统性能选型,制冷剂侧,5,3,压缩机入口,15,管路损失,蒸发器负荷,压缩机做功,冷凝器负荷,蒸发器出口,膨胀阀出口/蒸发器入口,1,2,4,压缩机出口/冷凝器入口,冷凝器出口/膨胀阀入口,制冷系统性能选型,空气侧,40%,110,100,50,30,16,Humidity Ratio (gms/k,90% 80% 70%60%50%30902580 30%70 2060

5、20%151020 =10%H=10 KJ/kg 5004812162024283236404448Dry Bulb Temperature (oC),120,降温,40,RH,制冷系统零部件选型,性能,空间尺寸匹配,质量,重量,成本,17,制冷系统零部件选型压缩机,摇摆斜盘,旋转斜盘,涡旋式,旋叶式,18,制冷系统零部件选型压缩机,压缩机,19,摇摆斜盘,摇摆斜盘,旋转斜盘,旋转斜盘,涡旋式,外控变排量,定排量,变排量,定排量,内控变排量,定排量,外控变排量,制冷性能,7,8,7,8,9 （高速）6（低速）,8,噪音,4,3,8,7,9,7,油耗,2,4,3,5,7,9,加速,4,6,5,7

6、,7,9,重量,5,5,6,6,7,6,成本,9,7,7,4,6（9）,3,制冷系统零部件选型蒸发器,换热量,风量,20,制冷系统零部件选型加热器,进水温度,出风温度1,出风温度2,水流量,21,制冷系统零部件选型加热器,22,制冷系统零部件选型空调箱,平台化设计,性能：带宽,A/B/C，高顶/低顶，长轴/短轴，两排/三排，品牌差异，左右驾,空间尺寸：带宽,A/B/C，高顶/低顶，仪表板骨架坐标位置，不同车型不同防火墙设计,配置：带宽,手动/自动，单区/多区后吹面，后吹脚,成本：综合,零件费用模具费用,开发费用,23,制冷系统零部件选型空调箱,范例,24,Interface,前空调,后空调,单

7、区自动,双区自动,单区自动,内外循环风门电机,1,n/a,模式风门电机,1,1,温度风门电机,1,2,1,鼓风机,无刷电机,有刷,鼓风机控制,PWM,PWM,PTC 加热,1,n/a,蒸发器温保,1,n/a,出风温度传感器,2,4,2,其他,日照传感器,1,离子发生器,n/a,1,空气质量模块,1,单席空调电机,1,1,冷却风扇控制,无刷,压缩机,外控变排量压缩机,压力传感器,1,设计保护,电池冷却风扇,PWM,低温冷却泵,*,启停水泵,*,制冷系统零部件选型空调箱,制冷能力（吹脸）:进风蒸发压力冷凝压力阀前温度过热度制冷剂,加热能力:进风:环境:模式:冷却液:,25,前空调箱:风量制冷量28

8、0 kg/h? kW400 kg/h? kW520 kg/h? KW后空调箱:风量制冷量250 kg/h? kW350 kg/h? kW440 kg/h? KW,前空调箱:风量出风温度400 kg/hXX后空调箱:风量出风温度350 kg/h,输出下列标准工况下性能要求，但核算时用实整车工况下数据,制冷系统零部件选型空调箱,SWD,26,Rear HVAC Airflow Quantities,Mode,Inlet Air,Temp LeverSet position,Outlet air (%) (5%),#R*10-3 Pa s2/l2 , Total air zero-body mini

9、mum requirement (l/s) 12V / (5%),Noise dB(A),Power(W),LeftVents,RightVents,Floor,Vent,OSA,FC,?,?,?A ? V,max ?,Bi-level,OSA,FC,?,.-,Heater,OSA,FH,?,?,?A ? V,max ?,风量分配,Mode方式、状况,Inlet Air进风,Temp LeverSet position,Outlet air (%) (5%),#R*10-3 Pa s2/l2 , Total air zero- body minimum requirement (l/s12V

10、/ (5%),),Power(W),NoisedB(A),W/S,InnerVents,OuterVents,FrontFloor,RearFloor,Front,Vent（气体）,OSA,FC,?,?A ? V,max ?,?,Bi-level（水平）,OSA,FC,?,.-,Heater （加热器）,OSA,FH,?,?,?A ? V,max ?,Defog,OSA,FH,?,.-,Defrost,OSA,FH,?,?,?A ? V,max ?,临时 、工具 ？、方位,内部气体,外部气体,正面地板,除雾,化霜,出口风量,饲养、抚育地板,正面？,总计的、风量、零身体、最低限度、最小要求必要,

11、动力功率,噪音,饲养抚育、HVAC 、空气流动、大量,制冷系统零部件选型冷凝器,平台化设计,性能：带宽不同热负荷空间尺寸：不同水箱框架各换热器的耦合成本：综合零件费用模具费用开发费用,27,制冷系统零部件选型冷凝器,28,Target,Condition,Item当前开发车型 冷凝器进口压力(kPaG)150017002400 冷凝器器进口温度()8090 110过热度()冷凝器出口过冷度() 8 8 8 空气进风干球温度() 38 43 55 空气进风速度(m/s) 4 3 2冷却空气风量(CMM)换热能力(kw) ? ? ?空气侧压降(Pa) ? ? ?制冷剂流阻(kPa) ? ? ?,制

12、冷系统零部件选型冷凝器冷凝需求,中冷需求,油冷需求,水温需求,Air,框架尺寸限制,29,Condenser,CAC（For Turbo）,Radiator,wTOC,Air Temp. Limit,Engine System,Trans. System,Turbo System,AC System,冷凝器,发声障碍 、倾向、涡轮镇压,暖气片 散热器,风量、临时、限制限量,发动机体系,反式体系,涡轮 增压涡轮 体系,进风通道设计,进风通道设计需要兼顾,防止水侵入空调箱，损坏鼓风电机,防止树叶等进入空调箱,控制系统压降，降低鼓风机电流,30,出风口设计,出风口设计对热舒适性有很大影响,面积：风速

13、热舒适性NVH,位置/导向：,避免过大高宽比,避免异形风口：均匀出风，NVH避免吹到握方向盘的手 导向性：能吹到乘客头部、肩部、胸部等，内外侧风口校核的灵活性,31,出风口设计,32,出风口设计,CFD分析对出风口设计指导,气流无法吹到期望部位,33,加热设计,前加热风道,后加热风道,PTC电加热,Improved,34,除霜除雾系统,多国有法规要求,-,出风温度,风量/风速气流导向,入射角,破冰点,35,除霜除雾系统,CFD分析对除霜除雾设计的指导作用,36,平台整合, 公司级行为,平台化下性能指标的弱化和妥协,平台化强化了接口、空间尺寸的统一,平台化提高了工程开发难度，降低了工程开发费用和

14、风险,平台化可能造成低端车的物料成本上升,平台化趋向于多平台整合 跨平台接口管理会议的权威性,37,平台开发范例,38,中国,美国,欧洲,中东,泰国,印度,俄罗斯,品牌A,品牌B,品牌A,品牌B,品牌A,品牌B,品牌A,品牌A,品牌A,品牌A,NB,？,HB,SW,SUV,MPV,平台开发范例,Engine Family 1#Engine Family 2#,xx,xx,xx. 20xx,xx,（插电）,xx,xx. 20xxxx. 20xx xx. 20xx,xx,xx,xx,39,改型- xx. 20xx,改型- xx. 20xx,改型- xx. 20xx,xx. 20NBxx. 20,x

15、x. 20,柴油机,xx. 20xx,混动,xHB,x. 20xx,xx.20,SW,xx.20,SUV,xx.20,MPV,JaAnp2ri0l 128018,xx.20,车型首次量产时间表,发动机、家庭,平台开发范例,40,中国,欧洲,美国,中东,泰国,印度,俄罗斯,品牌A,品牌B,品牌A,品牌B,品牌A,品牌B,品牌A,品牌A,品牌A,品牌A,NB,HB,TBD,SW,TBD,TBD,SUV,TBD,TBD,MPV,TBD,TBD,竞争对手,平台开发范例,41,NB,SUV,发动机,变速箱,轻载,重载,中国,美国品牌A,中国品牌B,欧洲品牌A,欧洲品牌B,中东,泰国,印度,俄罗斯,中国,

16、美国,Gas Engine Fam 1#,1.6T,2.0L,2.5L,2.0T,Diesel,1.9L,Gas Engine Fam 2#,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,PHEV,xx,XX,动力总成,动,吹脚后出风,吹脸后出风,N,N单效过滤器,N,Y 双效过滤器,PTC加热,多区空调,风量不同,芯体不同,管路,防火墙接口,CCB接口-,42,平台整合,空调箱,低顶,高顶,左驾,左驾,右驾,右驾,单 冷,单 热,手 动,自 动,单 冷,手 动,自 动,手 动,自 动,手 动,自,N,N,N,Y,Y,Y,N,N,Y,N,Y,N,Y,N,Y,Y,N,Y,N,N,N,N,N,N

17、,N,N,N,N,N,N,N,Y,Y,N,N,Y,N,Y,N,N,N,N,N,Y,N,N,N,N,N,N,N,N,N,Y,N,Y,Y,N,Y,N,Y,N,Y,N,N,N,接口,平台整合,43,T6T6T6T8,Fam 2涡轮增压,柴油机,T6,MT,AT8,R5a +,C4 +F6 + ATOC1XX k,CAC1 + TS+,R5a + C4 + CAC1 + F5 + TS,XX k,R5 + C4+ CAC1+ F5 +iTOC2,XX k,R5 + C4+ CAC1+ F5,XX k,R5a + C4 + LTR1 + F5 + TS,XX k,R3 + C3+ LTR1+ F3 +T

18、S +iTOC2,XX k,R3 + C3+ LTR1+ F3 +TS +ATOC1,XX k,R3 + C3+ LTR1+ F3 +TS,XX k,R4 + C3+ CAC2+ F4 +iTOC2,R3 + C3+ CAC1+ F3 +TS,XX k,XX k,R4 + C3+ CAC2+ F3 +iTOC2,XX k,R4 + C3+ CAC2+ F4,XX k,R4 + C3+ CAC2+ F3,XX k,R2+ C3+ F2+ iTOC1,XX k,R4 + C3+ F2,X k,R1 + C1+ F1,XX k,R3, +,C3 + CAC1 + F3 + TS+,ATOC1,XX

19、k,工厂1,工厂1,工厂1工厂2,R5a +C4 +LTR1 +F5 + TS+ iTOC2,R5a + C4 + LTR1 + F5 + TS + ATOC1,XX k,XX k,中国俄罗斯 泰国,中东,中国俄罗斯 泰国,M,T,A,M,T,A,M,T,A,M,T,A,M,T,AT6,A,M,T,AT,6,AT8,Fam 1涡轮增压,柴油,Fam 2 涡轮增压,Fam 1 涡轮增压,Fam 1 自然吸气,高顶,低顶,CRFM,不含混合动力,平台整合,跨部门架构件通盘考虑，整个平台平衡,例如：高低顶车，防火墙、IP钢梁、空调箱共用性平衡,根据产量，尝试去除量小的配置：成本核算，品牌损失,例如：

20、印度市场去掉后吹脸风道; 泰国市场去除AC Only,尝试合并不同性能要求的车型设计：性能/成本/风险,例如：俄罗斯市场的加热性能平衡；高顶车使用低顶车空调系统，或反之。,上游零件的接口统一设计,例如：压缩机安装点的统一,44,减少变量,控制系统,参与和遵循整车电子架构设计,/发动机控制模块,45,冷却风扇,压缩机离合器,空调压力传感器,整车通讯（车身控制模块,内外循环电机,空调控 制器,CAN,模式控制电机,温度控制电机,鼓风机,鼓风机控制,PTC电加热,蒸发器表面温度传感器,车内温度传感器,环境温度传感器,日照传感器,控制质量传感器,后窗除霜,离子发生器,控制系统,压缩机控制,零部件保护：

21、转速、压力、电压、on/off间隔PT要求：Coolant Temp, WOT，Launch，Brake Vacuum, Shift性能要求：怠速提示,冷却风扇控制,零部件保护：启动延时，on/off间隔性能要求：空调压力、水温、油温、进气温度、中冷温度、排气 温度。停机后运行,可变进气格栅控制机械/电子节温器控制,46,冷冻剂临时、？发射、制动器 空白、改变 摆脱,高效空调,美国MAC,Credit,(g/mile),*每套空调系统最高奖励值TBDMax Credit for Each System TBD,47,Items,Car Credit Value,外控变排量压缩机EVDC (Ex

22、ternally Controlled Variable Displacement Compressor),1.5,内控变排量压缩机Internal Controlled (Pneumatic) Variable Displacement Compressor,1,外气温度高于24C，采用内外气自动切换控制系统Default to Recirculated Air with closed-loop control of the air supply whenever the outsideambient temperature is 24 C or higher,1.5,外气温度高于24C，优

23、先采用内气控制系统Default to Recirculated Air with open-loop control of the air supply whenever the outside ambienttemperature is 24 C or higher,1,鼓风机采用PWM控制方式PWM Controlled Blower motor,0.8,采用回热换热器IHX (Internal heat exchanger),1,采用COP高于现存10%的换热器（蒸发器/冷凝器）Improved Evaporators and Condensers with above 10% COP

24、 improvement,1,可以将混入制冷剂的压缩机润滑油去除50%以上的油分离器Comp Oil Separator to Reduce 50% OCR,0.5,高效空调,美国AC17,48,高效空调,欧洲,MAC,Credit,49,高效空调,中国高效空调,方案1：空调系统台架实验方案2：空调系统台架实验+实车工况模拟计算 方案3：实车测试,50,高效空调,中国高效空调,?,51,90kph NEDCAC On Vs. AC Off,电动车空调系统,电动车空调系统类似传统车的双蒸系统,电动压缩机取代皮带轮压缩机，压缩机转速独立调节,前后系统各自独立工作如果压缩机无需负责电池冷却，则为单蒸

25、系统,加热/除霜除雾：缺乏热源的难题,电动压缩机,间,TXV,凝,52,中冷 却 器,TXV,电池,冷 器,蒸 发 器,电动车空调系统,水管等）,53,方案空气侧PTC 水侧PTC热泵,尺寸+-（取代空调箱暖（发动机舱额外空（额外空间摆放风芯体）间摆放、泵、阀、管路等）,重量+-,成本+-,加热性能+-（通过电能直接（通过电能加热加热乘客舱空气）水，再通过水加热乘客舱空气）,能耗-+,其他可和传统车共用 空调箱,电动车空调系统,基本型热泵,技术特点及优势,制冷模式下同传统制冷循环。加热模式时，制冷 剂通过车外冷凝器从环境中吸收热量，再通过车车内冷凝器把热量释放到乘客舱内。,应用的难点,零件较多

26、，增加额外的车内冷凝器，膨胀阀，电磁阀和储液罐等，成本高昂，占用空间大。只能工作在环境温度-10以上，仍然需要PTC电加热满足低温下的加热和除霜除雾要求室外冷凝器化霜和舒适性的平衡控制低温下压缩机回油控制,54,电动车空调系统,热泵加热的问题, 流量小,外界温度低，缺乏热源,膨胀阀开度减小,过热度小,流量降低,压缩机转速下降,蒸发压力低,室外换热器结霜,55,电动车空调系统,高性能热泵,技术特点及优势 加热模式时，采用准二级压缩，把通过室内冷凝器制冷剂进行液气分离，把气态制冷 剂引入压缩机，液态制冷剂通过车外冷凝器从环境中吸收热量，再通过车内冷凝器把 热量释放到乘客舱内，从而解决热泵系统低温下

27、压缩机吸气密度过低带来的制冷剂流 量不足的问题。,可解决-20环境温度下的加热问题，无需PTC电加热,应用的难点,压缩机低温下的润滑和耐久性要求高，低温下系统集成难度大。在基本热泵基础上改进压缩机，额外增加液汽分离装置，成本更加昂贵。专利保护，应用时需要系统打包。,56,57,Topics,台架,风洞,路试,下午,自动空调标定,启停,58,8月21日9、汽车空调系统的台架试验开发（1）空调性能台架简介（2）蒸发器性能实验开发（3）冷凝器性能实验开发及数据（4）蒸发器表面分布分析及传感器位置定义 上午（5）系统台架实验10、汽车空调系统的风洞试验开发（1）动力总成接口定义（2）制冷风洞开发实验（3）制热风洞开发实验（4）除霜除雾风洞开发实验（5）开发及数据解读范例10、汽车空调系统的路试范例（1）路试目的及路线选择（2）夏季路试安排及数据解读范例（3）冬季路试安排及数据解读范例（4）春秋季路试安排及数据解读范例11、自动空调标定开发（1）标定工作内容及流程（2）风洞实验标定及解读（3）路试安排及数据解读12、怠速启停系统空调控制,