1、关于汽车空调的选型计算（一）第 1 章 前言1.1 本课题的研究意义及目的汽车空调的作用已经是众所周知的，尤其是随着地球表面气温的日益变暖，人们对空调的需求越来越迫切，对空调质量的要求越来越高了，不仅轿车和客车装有空调，现在不少工程车和卡车上也装有空调装置。通过总结教学、设计、科研和维修经验以及搜集国内外资料的基础上对本汽车空调系统进行设计，从而使我更加深入地了解和掌握汽车空调的构造、原理、设计及一些实用维修技术的提高。1.2 国内汽车空调主要生产企业及其产品现状和发展趋势在中国，汽车空调业在 1983 年前基本上是一纸空白，汽车空调基本上要靠进口组装，1983 年以后，少数企业开始从国外引进
2、技术和生产设备，从 1986 年开始不少地方和企业争上项目，经过近 20 年的发展，国内汽车空调业在新品开发及合资合作方面均取得了比较大的突破。在压缩机方面，上海内燃机油泵厂于 1988 年 12 月与泰国正大集团合资成立上海易初通用机器有限公司，是国内最早批量生产汽车空调系统等系列产品的专业定点厂。公司主要产品有汽车空调系统，SE5，SE7，SE5V，SE7V，SP 系列等汽车空调压缩机、储液干燥器等产品。89 年起公司先后引进了日本三电 SD5 系列空调压缩机制造技术和美国德尔福 V5 系列空调压缩机制造技术，2001 年，上海易初通用机器有限公司又与日本三电公司在上海浦东合资成立上海三电
3、汽车空调有限公司，生产日本三电公司七缸摇盘无级可变排量压缩机 SD7V16 和六缸摇盘无级可变排量压缩机 SD6V12，目前已经形成了产品自主开发能力和年产 80 万套汽车空调压缩机生产能力，公司汽车空调压缩机及系统产品已达百余种，2003 企业实现销售收入 162482 万元，同比增长 35%。湖南华达机械总厂于 1992 年引进日本杰克赛尔公司六缸斜盘 DKS系列压缩机产品，1994 年双方又合资组建湖南华达-杰克赛尔汽车空调有限公司。HZC 主要生产经营 DKS-S 型、DKS-CH 型、DCW-17 型汽车空调压缩机，具有年产 30 万台的生产能力。产品主要配套一汽、二汽、重庆五十铃、
4、郑州日产、福建东南等多家汽车生产厂家。牡丹江汽车空调机厂于 1994 年引进韩国德尔公司五缸摇盘 V5 系列无级可变排量压缩机产品，今年又引进韩国德尔福公司十缸斜盘 SP 系列压缩机产品，公司的主导产品的 V-5 系列无级可变排量汽车空调压缩机是美国通用公司哈里森部八十年代末研制并与和韩国德尔福汽车系统公司合作生产的许可证产品，V-5 压缩机技术含量高结构合理性能优良，技术水平在国内处于领先地位。公司从投产以来产销量逐年大幅度增加，1999 年产销 5 万台，2000 年产销 10 万台，2005 年将达产 40 万台。同时加大新产品开发力度，正在开发 SP-10 小排量、SP-21 大排量、
5、CVC 变排量压缩机和 ATC 电脑自动化空调，形成多品种、大批量的产品结构。此外，广州豪华汽车空调工业公司于 1988 年引进日本三电公司五缸摇盘 SD-510 压缩机产品，由于是重复引进，缺乏市场支持，加之广州标致汽车厂的解体而被迫停产。广东粤海集团公司于 1994 年引进美国克莱斯勒公司淘汰的压缩机产品和设备。由于该压缩机产品技术落后，现在已基本处于瘫痪状态。上述引进或合资的企业，都是生产有国外技术支持的产品，国内也有不少厂家在吸收了国外压缩机产品技术的基础上，开发研制了具有自主知识产权的压缩机产品。无锡市双鸟动力机械有限公司从 1999 年开始，生产五缸和七缸摇盘式压缩机，十缸斜盘式压
6、缩机。2000 年，上海奉天空调压缩机有限公司在合肥工业大学的技术支持下，自行研制开发了涡旋式 AP 系列压缩机，南京奥特佳冷机有限公司在美国普渡大学技术支持下，于 2001 年研制开发了 WXH 系列涡旋式压缩机，其排量可从 60cm3转到250 cm3转，适用于微型车到大客车空调装置中，今年计划产量为 12万台。由于涡旋式压缩机是公认的最先进的第四代汽车空调压缩机产品，国内许多企业都成功的研制出该产品，如南京埃迪压缩机有限公司、广州万宝压缩机有限公司等。大客车用压缩机的生产企业中国内产量较大的工厂主要是岳阳恒立制冷设备股份有限公司和宁波欣晖制冷设备有限公司，前者生产的是传统的曲柄连杆式压缩
7、机，后者生产的是十缸斜盘式结构的压缩机。其中岳阳恒立制冷设备股份有限公司是国内生产大中型客车空调机规模较大，品种较全，质量较优的企业。形成了年产大中型客车空调机 5000 台套，小轿车空调 30 万套，轻型车空调 4000 套的生产能力，大中型客车空调机为国内数十家重点客车厂配套，小轿车空调为上海大众公司桑塔纳轿车，武汉神龙公司富康轿车配套。在大客车空调方面有湖南岳阳恒立制冷设备股份有限公司、空调国际（上海）有限公司广东劲达集团公司、南京中冠汽车空调公司、广州精益汽车空调有限公司、四川华威强制冷设备有限公司等形成一批初具规模的企业。在汽车空调其它总成中，也有形成一定规模和技术优势的专业生产厂。
8、如膨胀阀和贮液器方面有浙江三花集团公司，苏州新智机电工业公司。在输氟胶管总成方面有南京汽车空调胶管厂和长春康泰克大洋管件有限公司，在汽车空调风机方面有上海日用电机厂，江苏超力电器有限公司。在空调系统操纵控制方面有杭州富阳广安汽车电器有限公司等。随着近两年汽车业尤其是轿车的快速增长，汽车零部件行业也得到了飞速的发展，汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要部件已被广大汽车制造企业及消费者所认可，目前在国内，国产轿车空调装置率已接近 100，在其它车型上的装置率也在逐年提高，汽车空调汽装置已成为汽车中具有举足轻重的功能部件。随之而来，国内汽车空调生产企业的产销量也在快速增长，据不完全统计，2003
9、 年，全国共生产汽车空调 610 万套，销售 255 万套，分别比 2002 年增长 32.60%和 41.70%。汽车空调的发展方向主要体现在以下几个方面：（1）提高舒适性 当前大部分汽车空调采用的是制冷与采暖分开的两套独立的系统，控制上没有达到精确的量化水平，只能冬天开采暖，夏天开制冷，温度差不多就可以了。到了湿度大的冷天开暖气只会使人感觉浑身潮湿，闷的慌，这就需要开制冷来除湿。至于要换气，也大多是要打开门窗。随着人们生活水平的提高，对舒适性会提出更高的要求，因此以后的空调将是更加舒适的，全功能的，自动调节，使温度、湿度、空气新鲜度能同时达到要求。（2）更趋自动化最早的汽车空调是由一个加热
10、器、一套通风系统和一个空气过滤器组成的。控制系统也是很简单的，手动控制，凭人的感觉来调节开关。因而温度、湿度及风量难以控制。随着电脑技术的日益发展，逐渐应用在汽车空调上，再加上各种先进的控制方法的应用，也使汽车空调的控制效果日趋完善，性能充分发挥出来。它利用多个传感装置感知车内及外界的状态，将信息传递给中央芯片进行处理，得出系统最佳运行模式，并控制运行。使得无论何种天气，车内始终保持最佳舒适状况。（3）注重环保早期的汽车空调制冷剂都是用 R12，通称氟利昂，它们都属卤代物，分子中含有氯元素。众所周知，氟利昂在高空受紫外线照射催化分离出的氯原子与臭氧发生反应，生成氧气。近些年已经发现大气层存在臭
11、氧层空洞，这与空调业广泛使用氨利昂有直接关系。1987 年签署的蒙特利尔公约要求限制使用氟利昂，并逐步禁用，1992 年更进一步提出了对氟利昂的禁用期提前。目前公认的氟利昂替代物是 R134a，它对臭氧基本没有破坏作用。华友公司在成立之初就意识到了环保的重要性，所生产的汽车空调都是采用 R134a 的环保型空调。（4）小型节能车上空间有限，空调装置占用的空间越大，给人的空间就越少，使人感觉压抑，不舒服。因此空调装置会不断改进设计、加工工艺，以使其体积缩小，效能不减。而目前冷凝器、蒸发器方面，老的管片式换热器正在逐渐被高效的管带式、平行流式所代替。新型压缩机的出现，也使得高效节能的空调成为可能。
12、1.3 市场需求分析目前中国的汽车空调市场刚刚起步，相对竞争白热化的家用空调，汽车空调还是未开发的处女地。据统计，目前世界汽车在欧美、日本等地已经相对饱和，但中国小型汽车的年增长速度达到 30%。不言而喻，汽车市场具有如此快速的增长率，汽车空调势必将同时快速增长。同时，到目前为止，中国的车用空调压缩机部分还完全依赖于进口，汽车用空调的本土化制造生产将成为空调行业新的利润增长点。据了解，国内众多空调器生产厂家对车载空调市场垂涎已久，美的、海尔、格力等国内空调产业巨头也正在研制相关部件产品的开发生产。可以预见，作为未来空调厂家追逐的新利润源，车载空调的市场争夺战不日将打响。2004 年，国内汽车产
13、销将达到 500 万辆，轿车将达到 270 万辆左右，伴随着轿车产销的高增长和其它车型的迅猛发展，国内汽车空调业的销量增长幅度会比较大，全年的增长幅度在 35%以上，市场需求将超过330 万套，同时，生产汽车空调的生产企业也会增多，2004 年生产汽车空调的企业达到 260 家以上，企业之间的竞争会进一步加剧。1.4 汽车空调的性能评价指标（1）温度指标温度指标是最重要的一个指标。人感到最舒服的温度是 20-28，超过 28，人就会觉得燥热。超过 40，即为有害温度，会对人体健康造成损害。低于 14，人就会感到“冷” 。当温度下降到 0时，会造成冻伤。因此，空调应控制车内温度夏天在 25，冬天
14、在 18，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求控制在此范围内。（3）空气的清新度由于车内空间小，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尘，野外有毒的花粉都容易进入车厢内，造成车内空气混浊，影响加成人员身体健康。这样汽车空调必须具有对车内空气进行过滤的功能，以保证车内空气的清新度。（4）除霜功能由于有时汽车内外温度相差太大，会在玻璃上出现雾式霜，影响司机的视线，所以汽车空调必须由除霜功能。（5）操作简
15、单、容易、稳定汽车空调必须做到不增加驾驶员的劳动强度，不影响驾驶员的正常驾驶。.5 汽车空调系统随着电子技术和汽车技术的发展而不断完善，其发展过程可以概括为以下五个阶段（1）单一暖风系统即利用房间取暖的方法。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。在寒冷的北欧、亚洲北部地区，目前仍然使用单一暖风系统。（2）单一制冷系统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系统，成为汽车空调系统的先驱。在热带、亚热带地区，目前仍然使用单一制冷系统。（3）冷暖一体化空调
16、系统1954 年美国通用汽车公司，首先在纳什(NASH)牌轿车上安装了冷暖一体化的空调系统，汽车空调系统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，目前的冷暖一体空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。这种方式是目前使用量最大的一种形式。（4）自动控制的汽车空调系统冷暖一体化空调系统需要人工操纵，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空调系统安装在卡迪拉克轿车上。这种自动空调系统只要预先设定所需的温度，空调系统就能自动地在设定的温度范围内工作，达到调节车室内空气的目的。（5）微机控制的汽车空调系统1973 年美
17、国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司一起联合研究微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。微机控制的汽车空调系统功能增加，显示数字化。微机根据车内外的环境条件，控制空调系统的工作，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。空调起动与否，对汽车的动力性和经济性的影响完全不一样。在动力性方面，汽车从静止起步加速到某一速度时，使用空调的汽车总有一种反应迟滞的感觉，完全失去了不用空调时的那种爽快。不过在高速行驶时倒感觉不出来。在经济性方面则表现为使用空调较不用空调时的油耗明显增大。1.6 设计主要内容（1）设计环境
18、与其相关的参数车内设计参数：夏季车内舒适温度为 27，冬季温度为 16；车外设计参数：以郑州城市为例，车体总容积 60m3，车的长12m，宽 2.5m，高 2m 的中型空调客车的公交车。根据 7 月 1 日太阳辐射统计资料显示：气温为 35，正午 12 时以 40km/h 的车速往正南方向行制冷工况：蒸发温度为零摄氏度，冷凝温度为六十摄氏度，过冷温度为五摄氏度，过热温度为五摄氏度。（2）热负荷计算和四大部件的选择大约新风负荷占 30%，车身围护结构传热占 30%以上，人体热负荷超过 20%，而太阳辐射及玻璃传热只占 10%；因此若减少热负荷应以改善车身隔热为主。系统形式：离合器热力膨胀阀系统（
19、CCTXV 系统）F 型压缩机：BOCK FKX50/660K 型压缩机冷凝器：9.1 m20.16/1 冷凝风机：LNF242A（4 台） 6000m3/h蒸发器：7.6m2 0.65 /2 蒸发风机：2HF292（4 台） 4000m3/h热力膨胀阀：选用两个 TDEN5.8 型。（3）系统的匹配汽车空调系统的性能匹配所要解决的问题，是在成本经济预算与运行经济预算，以及汽车动力配置方案允许的条件下，如何使汽车空调系统各组成部件，特别是对系统性能起主要决定作用的压缩机，膨胀阀，冷凝器总成及管系等部件，在额定运行工况（设计工况）匹配得最合理，以使各部件性能以至系统性能，在该工况得以最大限度地发挥，工作最可靠，并且还具有一定的适应最大负荷工况和恶劣运行工况运行能力。压缩机的匹配、冷凝器总成的匹配、蒸发器总成的匹配、热力膨胀阀与压缩机、冷凝器、蒸发器组成的匹配。（4）风道设计、风机选型及降噪技术经过处理的送风和回风都必须通过风道才能进入和离开车室，而且车内的送、回风量能否达到要求，则完全取决于风道系统的压力分布以及风机在该系统中的平衡工作点。所以风道布置将直接影响车内的气流组织和空调效果。同时，空气在风道内流动所损失的能量，是靠风机消耗电能予以补偿的，所以风道布置也直接影响汽车空调系统的经济性。
