1、安徽机电职业技术学院毕业论文 第 1 页 共 40 页 第 一 章 汽车空调概述 1.1 汽车空调发展史 汽车空调技术是随着汽车的普及和高新技术的应用而发展起来的。汽车空调技术的发展经历了由低级到高级，由单一功能到多功能的五个阶段。 第一阶段，单一取暖。 1925 年首先在美国出现了利用汽车冷却水通过加热取暖的方法。到 1927 年发展到具有加热器、风机和空气滤清其的比较完整的供热系统。这种供热系统直到 1948 年才在欧洲出现。而日本到 1954 年才开始使用加热器取暖。目前，在寒冷的北欧、亚欧北部地区，汽车空调 仍然使用单一供热系统。 第二阶段，单一冷气。 1939 年，由美国通用 汽车帕
2、克公司首先在轿车上安装由机械制冷的空调器。这项技术由于二次世界大战而停止了发展。战后的美国经济迅速发展，特别是因 1950 年美国石油产地的炎热天气，急需大量的冷气车，而使单一降温的空调汽车得以迅速发展起来。欧洲、日本到 1957 年才加装这种单一 冷气轿车。单一降温的方法目前仍然在热带、亚热带地区使用。 第三阶段，冷暖一体化。 1954 年，通用汽车公司首先在纳什牌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，目前的冷热一体空调基本上具有降温、除湿、通 风、过滤、除霜等功能。这种方式目前仍在大量经济汽车上是使用，是目前使用量最大的一
3、种方式。 第四阶段，自动控制。冷热一体汽车空调需要人工操纵，这显然增加了驾驶员的工作量，同时控制质量也不大理想。自从冷暖一体化出现后，通用公司就着手研究自动控制的汽车空调，并于 1964 年首先安装在卡迪拉克牌轿车上，紧接着通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司竞相在各自的高级轿车上安装自动空调。日本、欧洲直到 1972 年才在高级轿车上安装自动空调。 自动空调装置只要预先调好温度，就能自动地在调定好的温度范围内工作。机器根据传感器检测车内、 车外环境的温度信息，自动地指挥空调器各部件工作，达到控制车内温度和其他功能地目的。 第五阶段，微机控制。 1973 年美国通用公司和日本五十铃汽车公司一起联合
4、研究由微型计算机控制汽车空调系统， 1977 年同时安装在各自地汽车上，将汽车空调技术推到一个新高度。微机控制的汽车空调系统由微机按车内外地环境，实现微调化。该系统具备数字化显示、冷暖通风三位一体化、自我诊断系统、执行器自检、数据流传输等功能。通过微机控制，实现了空调运行与汽车运行的安徽机电职业技术学院毕业论文 第 2 页 共 40 页 相关统一，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和舒适性 。 1.2 汽车空调的组成和分类 （ 1） 汽车空调系统的基本组成 ： 现代汽车全功能的空调系统由制冷系统、采暖系统、通风系统、空气净化装置及控制系统等几部分组成。 制冷系统，用于对车
5、内空气或车外进入车内的新鲜空气进行降温、除湿，使车内达到凉爽舒适。 采暖系统，用于对车内空气或车外进入车内的新鲜空气进行加热、除湿，使车内达到温暖舒适。 通风系统，用于将车外的新鲜空气引进车内达到通风、换气的目的。 空气净化装置，用于除去车内空气中的尘埃、异味、使车内空气变得清洁，目前只用于高级轿车上 。 （ 2） 汽车空调系统的分类 按空调的功能分可分为单一功能型、冷暖一体型两种。 a.单一功能型空调 是将制冷系统、采暖系统、通风系统各自安装，单独操作，互不干涉，多用于大型客车、载货汽车和加装冷气装置的轿车上。 b.冷暖一体型 是制冷、采暖和通风共用一台风机及一个风道，冷风、暖风和通风在同一
6、控制板上进行控制。工作时又可分为冷暖风分别工作的组合式，冷暖风可同时工作的混合调湿式两种。混合调湿式结构紧凑，易调温，操作方便，多用于轿车上。 按驱动方式分可分独立式空调、非独立式空调两类。 a.独立式空调 用一台专用空调发动机来驱动制冷压缩机 ，制冷量大，工作稳定，但成本高。体积及质量增大，为此多用于大、中型客车。 b.非独立式空调 由汽车发动机直接驱动制冷压缩机，制冷性能受汽车发动机工作的影响，工作稳定性较差，低速时制冷量不足，高速时制冷量过量，影响汽车发动机的动力性，为此多用于小型客车和轿车上。 1.3 汽车空调 的构造及 工作原理 （ 1） 汽车空调制冷系统的基本组成 汽车空调制冷系统
7、主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、储液干燥器、孔管或膨安徽机电职业技术学院毕业论文 第 3 页 共 40 页 胀阀、高低压管路、鼓风机和控制电路等组成。 图 1-1 汽车空调制冷系统 1 压缩机； 2 蒸发器； 3 观察 窗； 4 储液干燥器； 5 冷凝器； 6 膨胀阀； 压缩机 汽车冷气机常用的压缩机有往复式、斜板式和旋转式等。 压缩机是制冷系统的心脏。它工作时可把制冷剂气体由低温、低压变为高温、高压，并可维持连续不断的制冷剂循环完成吸热和放热过程。 冷凝器 冷凝器是一种换热器，它将从压缩机出来的高温、高压气态制冷剂冷却凝结为高压液体，并排出热量。 储液 干燥器 制冷剂冷凝后储存在储液器内。储液
8、器的铜壳内有过滤器、干燥剂，会进行干燥吸湿处理，去除制冷剂中的水分，将残存在制冷剂液体中的气体分离，并滤掉杂质。这是因为当制冷 剂中含有水分时，会导致膨胀阀冰塞、腐蚀金属，破坏电气绝缘及阀片等。 在储液器上都有一玻璃观察孔，可目测制冷剂的多少。储液器壳筒内部有一吸管，可将沉于筒下部的制冷剂液体吸上去送至膨胀阀。吸取管下口处有过滤网，可滤去制冷液中杂质。 膨胀阀 它对储液 干燥器出来的高压制冷剂液体进行减压，送往蒸发器。膨胀阀开度的大小直接控制向蒸发器的供液量。 汽车上多用外部均压式自动恒温膨胀阀，这种膨胀阀可以减少由于蒸发器较大，制冷管路较长，引起的入口与出口之间的压差过大，以使蒸发器的入口、
9、出口压力平衡。 安徽机电职业技术学院毕业论文 第 4 页 共 40 页 蒸发器 蒸发器 装于车内，从车内吸收热量而制冷。蒸发器在车内的安装有前厢式、后厢式和顶上式，通过风扇吹送可形成不同的气流组织。蒸发器还具有去湿作用。 管路 在制冷系统中，管路将制冷系统中的各制冷部件连接起来，组成封闭的循环系统。 汽车空调中常用的管材有耐氟 耐油的橡胶软管和铝管等。 图 1-2 汽车空调结构 1-压缩机 2-软管 3-冷凝器 4-贮液 -干燥器 5-观察玻璃孔 6-液管 7-真空软管 8-吸入节流阀 9-真空装置 10-均衡管 11-膨胀阀 12-毛细管 13-蒸发器 14-感应包 15-玻璃管 16-止回
10、阀 17-低压管路 控制部件 控制器一般装在仪表盘面板上，驾驶员可通过开关或按钮调节送风量和温度。主要用于进行温度控制、风量控制和新鲜风、循环风混合控制等。 制冷剂 汽车空调机所用的制冷剂一般是氟利昂 12，国际上通称 R-12。 R-22，它冷凝压力较高，冷凝温度可达 55。但是，在车外气温较高时易使高压变得更高。 有的厂家将 R-12 和 R-22 两种制冷剂按一定比例混合使用。出于环保考虑，用 R134a（新型无氟环保型制冷剂）替代 R-12。 传动机构 汽车空 调机的动力均取自发动机，并通过三角橡胶皮带和滑轮来驱动。 皮带应具有一定的松紧度，一般按下去应有 10mm 的距离为正常，否则
11、必须调整。 安徽机电职业技术学院毕业论文 第 5 页 共 40 页 电磁离合器 电磁离合器安装在压缩机和 发动机之间，用以控制压缩机开关的装置，一般为电磁式。 离合器内有一组线圈，当通电后产生电磁吸力，吸引离合器片而带动压缩机与发动机一起转动。 （ 2） 汽车通风与空气净化装置 通风装置 为了健康和舒适，汽车车厢内空气要符合一定的卫生标准，这就需要输入一定量的新鲜空气。新鲜空气的配送量除了考虑人们因呼吸排出的二氧化碳、蒸发的汗液、吸烟以及从车外进 入的灰尘、花粉等污染物外，还必须考虑造成车内正压和局部排气量所需风量。将新鲜空气送进车内，取代污浊空气的过程，称为通风。 新鲜空气进入量必须大于排出
12、和泄漏的空气量，才能保持车内压力略大于车外的压力。保持车内空气正压的目的是防止外面空气不经空调装置直接进入车内，而且能防止热空气排出，以及避免发动机废气通过回风道进入车内，污染空气。因此，对车厢内进行通风换气以及对车内空气进行过滤、净化是十分必要的，汽车通风和空气净化装置也是汽车空调系统的重要组成部分。 根据我国对轿车、客车空调的新鲜空气要求，换气量按人体卫生标 准最低不少于 20 m/(h 人 )，且车内的 CO2的体积分数一般应控制在 0.03%以下，风速在 0.2 m/s 左右。 汽车空调的通风方式一般有动压通风、强制通风和综合通风三种。 a.动压通风 压通风也称自然通风，它利用汽车行驶
13、时对车身外部所产生的风压为动力，在适当的地方开设进风口和排风口，以实现车内的通风换气目的。 进、排风口的位置决定于汽车行驶时车身外表面的风压分布状况和车身结构形式。进风口应设置在正风压区，并且离地面尽可能的高，以免进入汽车行驶时所扬起的带有尘土的空气。排风口则设置在汽车车厢后部的负压区， 并且应尽量加大排气口的有效流通面积，提高排气效果，还必须注意到灰尘、噪声以及雨水的侵入。 图 1-3 所示是用普通轿车车身的模型进行风洞试验的表面压力分布图。由图可见，车身外部大多受到负压，只有在车前及前风窗玻璃周围为正压区。因此，轿车的进风口设在车窗的下部正风压区，而且此处都设有进气阀门和内循环空气阀门，用
14、来控制新鲜空气的流量。一般在空调系统刚启动，而且车内、外温差较大时，关闭外循环气道，采用内循环方式工作，这样可以尽快降低车内温度。排风口设置在轿车尾部负压区。 安徽机电职业技术学院毕业论文 第 6 页 共 40 页 动压通风时，车内空气的流动如图 1-4 所示。 由于动压通风不消耗动力，且结构简单，通风效果也较好，因此，轿车大都设有动压通风口。 图 1-3 轿车车身表面风压分布 图 1-4 轿车空调风的循环 b.强制通风 强制通风是利用鼓风机强制将车外空气送入车厢内进行通风换气的通风方式。这种方式需要能源和通风设备。在冷暖一体化的汽车空调上，大多采用通风、供暖和制冷的联合装置，将外部空气与空调
15、冷暖空气混合后送入车内，此种通风装置常见于高级轿车和豪华旅行车上。 c.综合通风 综合通风是指 一辆汽车上同时采用动压通风 (自然通风 )和强制通风两种通风方式。采用综合通风系统的汽车比单独采用强制通风或自然通风的汽车结构要复杂得多。最简单的综合通风系统是在自然通风的车身基础上，安装强制通风扇，根据需要可分别使用和同时使用。这样，基本上能满足各种气候条件下的通风换气要求。 综合通风系统虽然结构复杂，但省电，经济性好，运行成本低。特别是在春秋季节的天气，用动压通风导入凉爽的室外空气，以取代制冷系统工作，同样可以保证舒适性要求。这种通风方式近年来在汽车上的应用逐渐增多。 空气净化装置 安徽机电职业
16、技术学院毕业论文 第 7 页 共 40 页 汽车空调系统采用的空气 净化装置通常有空气过滤式和静电集尘式两种。前者是在空调系统的送风和回风口处设置空气滤清装置，它仅能滤除空气中的灰尘和杂物。其结构简单，只需定期清理过滤网上的灰尘和杂物即可，故广泛用于各种汽车空调系统中。后者则是在空气进口的过滤器后再设置一套静电集尘装置或单独安装一套用于净化车内空气的静电除尘装置。它除具有过滤和吸附烟尘等微小颗粒的杂质作用外，还具有除臭、杀菌、产生负氧离子以使车内空气更为新鲜洁净的作用。由于其结构复杂，成本高，因此只用于高级轿车和旅行车上。 图 1-5 所示为静电集尘式空气净化装置的空气净化原理 空气 预滤器用
17、于过滤大颗粒的杂质。 静电集尘器则以静电集尘方式把微小的颗粒尘埃、烟灰及汽车排出的气体中含有的微粒吸附在集尘板上。其工作原理是这样的：通过高压放电时产生的加速离子通过热扩散或相互碰撞而使浮游尘埃颗粒带电，然后在高压电场中库仑力的作用下，克服空气的阻力而被吸附在集尘电极板上。如图 1-5 所示为静电集尘原理图，其中图 1-6(a)是放电电极流出的辉光电流使尘埃颗粒带电的状况，图1-6(b)为带电的尘埃颗粒向集尘电极板运动的状况。 图 1-5 静电集尘式空气净化装置原理图 图 1-6 静电集尘原理 (a) 微粒子带电； (b) 微粒子集尘 灭菌灯用于杀死吸附在集尘板上的细菌，它是一只低压水银放电管
18、，能发射出波长为 353.7 nm 的紫外线光，其杀菌能力约为太阳光的 15 倍。 除臭装置用于除去车厢内的油料及烟雾等气味，一般是采用活性碳过滤器、污染空气 电集尘装置 灭菌灯 送风装置 除臭装置 负离子发生器 净化空气 预滤器 安徽机电职业技术学院毕业论文 第 8 页 共 40 页 纤维式或滤纸式空气过滤器来吸附烟尘和臭气等有害气体。 图 1-7 所示为实用的静电集尘式空气净化装置结构示意图，它通常安装在制冷、采暖采用内循环方式的大客车上，采用这种装置净化后的空气清洁度很高，可以充分 满足汽车对舒适性的要求。 图 1-7 静电集尘式空气净化装置 1 粗滤器 2 集尘电极 3 充电电极 4
19、负离子发生器 5 风机 6 活性碳过滤器 汽车空调制冷装置工作原理 汽车空调制冷原理同其他制冷装置原理相同。制冷剂工质以液态在蒸发器中吸热制冷，低温液体吸收汽化潜热变成制冷剂气体被压缩机吸入并压缩，被压缩的气体压力和温度都增高，之后流进冷凝器，冷凝器以风冷 (汽车空调均为风冷 )对制冷剂气体进行冷凝，冷凝后的高温高压液体储存在冷凝器底部及储液器中，冷凝时放出的热量由风机带出并散到车外，当 高温高压的液体流经膨胀阀后，以低温低压的液体状态再进入蒸发器吸收汽化潜热而制冷，如此完成制冷循环。 汽车空调是利用蒸发热制冷。也就是利用沸点很低的制冷工质 （ HFC-134a） ，汽化过程中要吸收周围空气中
20、的热量这一原理，将车厢内空气中的热量转移给工质，再由工质转移到车外的大气中，达到车厢内降温的目的。 安徽机电职业技术学院毕业论文 第 9 页 共 40 页 图 1-8 空调循环简图 制冷系统工作时，制冷记忆不同的状态在这个密闭系统内循环流动，每个循环又分四个基本过程： 压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处的低温抵压的制冷剂气体，把 它压缩成高温高压的气体排除压缩机。 放热过程：高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热。 节流过程：温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排除膨胀装置。 吸热过程：雾
21、状制冷剂液体进入蒸发器，因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。 上述过程周而复始的进行下去，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。 (3)汽车供暖系统 暖风装置 (有的叫供暖系统 )是汽车空调的重要组成部分 , 其功能是将冷空气送入热交换器，吸收某种热源的热量，提高空气的温度，并将热空气送入车内用于取暖及风窗除霜。 供暖系统常见的故障有：热交换器漏水、热水阀损坏、管路破裂等。出现上述故障后需对供暖系统进行拆卸更换。 汽车供暖系统的分类 根据热源不同分类 a.水暖式暖风系统 安徽机电职业技术学院毕业论文
22、第 10 页 共 40 页 b.独立燃烧式暖风系统 c.综合预热式暖风系统 d.气暖式暖风系统 不论是利用何种热源，热量都是通过热交换装置传递给空气，并通过风机把热空气送入驾驶室内的。 根据空气循环方式不同分类 ,可分为： 内循环式 外循环式 内外混合式 图 1-9 奇瑞 A113 暖风装置的结构 1-除霜风口 2-暖风和新鲜空气调节装置 3-侧除霜风口 4-出风口 5-右侧脚向出风口 6-新鲜空气风箱 7-热交换器 8-右侧风道 9-中央风道 10-左侧风道 11-控制面板饰罩 12-通风拉索 13-左侧脚向出风口 14-风机 15-风机调速 电阻 16-进风罩 余 热式取暖系统 a.水暖式暖气装置
