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江苏信息职业技术学院毕业论文汽车空调的研究摘要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。 【关键词】 汽车空调 性能匹配 空调的选择目录第1章 绪论.31.1 研究意义及目的.1.2 国内汽车空调的发展1.3 市场需求分析.1.4 汽车空调的性能评价指标.1.5 空调发展的阶段.1.6 设计主要内容.第2章 系统形式及隔热材料.2.1 制冷剂循环控制系统.2.2 送风方式的确定.2.3 车内的气流组织.2.4 隔热保温材料.第3章 空调系统的性能匹配.3.1 压缩机的匹配.3.11 用空调压缩机选配的依据.3.12 压缩机与发动机的传动比及压缩机转速的确定.3.13 压缩机与冷凝器、蒸发器的性能匹配.3.2 冷凝器总成的匹配.3.3 蒸发器总成的匹配.第4章 风道设计、风机选型及降噪技术.4.1 风道设计.4.11 车空调风管的选择.4.12 汽车风管的保温.4.2 降噪技术.4.21 风管内的空气阻力和改进风管结构.4.22 风管之间的连接结构.第5章 管道布置及要求5.1 管道的布置.5.2 管路的设计布置.5.3 吸气管.第6章 结束语.参考文献. 第1章 绪论1.1 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 国内汽车空调的发展在中国，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。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。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。1.5 空调发展的阶段（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（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。（5）管道布置由此可知，有的车用空调制造商为了节省吸气管路的制造成本采用较小直径的吸气管道，致使其中制冷剂流动阻力增大，是得不偿失的，也是不可取得，一般来说，在压缩机选型时，压缩机制造商都在压缩机的产品使用说明书中指明了压缩机的吸、排气接管的尺寸，按照其规定设计吸、排气接管比较合理。第2章 系统形式及隔热材料2.1 制冷剂循环控制系统按制冷剂循环控制系统有三种形式，即离合器热力膨胀阀系统（CCTXV系统），膨胀阀 吸气节流阀系统（TXVSTV系统），离合器节流管系统（CCOT系统）。后两种只用于轿车，所以我们选用离合器热力膨胀阀系统（CCTXV系统）。离合器热力膨胀阀系统（CCTXV系统）。大多数车型都采用这种方式。它由热力膨胀阀控制蒸发压力，当蒸发器热负荷增加或蒸发压力增加时，膨胀阀开度增大，使流量增加，制冷量也增加。当流量过多，蒸发压力过低，使蒸发器表面结霜时，通过恒温器使离合器脱开，压缩机停转，待结霜融化，蒸发器温度升高时，离合器又接通，压缩机重新运转。这种系统由压缩机，冷凝器，贮液器，膨胀阀，蒸发器组成。膨胀阀有F型和H型两种，如图2-1所示。图2-12.2 送风方式的确定（1）直吹式空调风（冷或热）直接空调器吹出，其结构比较简单，风阻损失小，但送风不均匀。一般轿车、货车、中小型汽车常采用这种方式；（2）风道式空调风通过车内风道送出。这种方式比较均匀，风可送至重要的部分（如头部、足部），但零件增加，风道阻力增加，因此送风机功率要加大。主要用于大中型客车。风道送风口布置的原则冷风出口布置在上面（尽可能在车顶下），暖风出口布置在下面（尽量在地板上），以满足“头凉足暖”的要求，即要有上、下两层风道。风道式又可分为两侧送风道和中央送风道两种。两侧风道布置在车顶转角处，一般不占用有效空间，对乘员起立和行走影响不大，但要求车窗框离车顶有一定距离。对于车窗框离车顶距离很近的车辆不宜采用紧贴车壁的侧风道。中央送风道的优点正好相反，为不影响乘员行走，必须做得很扁。所以我们采用两侧式风道送风，本次主要考虑制冷系统。2.3 车内的气流组织车内气流组织除与送风口的位置有关外，还与送风口的构造形式、尺寸、送风温度、速度和气流方向有关。按送、回风口的相互关系和气流组织形式一般有以下几种：上送风下回风；上送风上回风；中送风中回风及下送风下回风。各种气流流型的特点如下：（1）上送风下回风气流流型用于独立整体型，独立式分散型和非独立式底置型制冷设备的客车。此方式的送风较容易与室内空气充分混合，易于形成均匀的温度场和速度场、能够采用较大的温差、从而降低送风量，有实践经验知，送风速度可取25m/s。 （2）中送风中回风气流流型适用于轿车、小型客车。因为这些发动机前置，制冷设备大多安装在发动机处和驾驶区仪表台处，此方式具有明显的节能效果。上送风上回风气流流型。适用顶置型和内装型空调设备的客车。顶置型的冷凝器，蒸发器是安装在车顶外部，内装型的蒸发器是安装在车顶的内部，因此需要采用上送风和上回风的气流组织形式。2.4隔热保温材料 汽车的空调性能（效果）好坏主要由两个因素决定： （1） 空调装置的性能（制冷或采暖能力、气流组织）；（2） 汽车车体的隔热保温及密封性。由此可见车体的隔热保温性能对空调效果有一定影响。除玻璃的隔热性能外，金属壳体部分的隔热保温效果主要靠隔热保温材料解决对置于车体外的热交换器（主要指蒸发器箱体）及送风管道，隔热保温材料也是很重要的，车内的送风管道，尤其是布置在汽车顶部的冷管道（指金属管），若没有隔热层，则容易在管外凝露滴水，弄脏乘员衣物，而且由于风到阻力将产生明显噪音。 汽车是高速运动的物体，对隔热保温材料的抗震能力、粘附牢度、隔震、隔音性能提出较高要求；汽车车厢内人员密度较大，呼吸造成的水蒸气较多，人员不宜疏散，又要求得保温材料吸湿性小、安全、不着火；汽车要求它的所有零部件重量都要尽可能小，以减小油耗；对于发动机罩的隔热材料还要求耐热性好；汽车还要求隔热保温材料不发霉、无毒、无味、便于施工，价格便宜等等。因此要选用合理的隔热保温材料。第3章 空调系统的性能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。图3-1汽车空调系统图1压缩机；2高压软管；3冷凝器；4 冷却风扇；5 干燥储液器；6高压软管；7 膨胀阀；8蒸发器；9风机；10吸气管。3.1 压缩机的匹配从系统匹配和成本经济、运行经济角度考虑，车用空调系统在额定运行工况（通常把该工况作为设计工况）应选配多大容量，多少输入功率，多高转速的车用空调压缩机，这是汽车空调系统设计在完成空调负荷计算后首要解决的问题为此，必须进行车用空调压缩机的选型计算，包括设计工况计算和变负荷工况计算。3.11 空调压缩机选配的依据 当车身结构确定后，车用空调系统设计的第一个任务，就是进行车厢空调负荷的设计计算。一般空调负荷计算，包括额定工况和最大负荷工况的负荷计算空调负荷计算的结果是车用空调压缩机选配的依据。3.12 压缩机与发动机的传动比及压缩机转速的确定在非独立式车用空调系统中，压缩机都是由主发动机通过离合器的吸合和带传动系统来驱动。压缩机的转速与主发动机的直接有关，两者之间的传动比除与主发动机的转速有关外，主要取决于压缩机的最高连续转速。传动比的确定，对于非独立式车用空调系统制冷性能的发挥和压缩机工作的可靠性至关重要。汽车发动机的转速范围比较宽，一般在7002400r/min之间，汽车在停驶（发动机怠速传动）和低速状态时，发动机转速低空调的转速也低会造成空调系统的制冷能力不足。汽车高速行驶时，发动机和压缩机的转速较高、空调制冷能力强劲、压缩机的耗能也高。3.13 压缩机与冷凝器、蒸发器的性能匹配压缩机作为制冷系统的一个组成部件，其上游部件是蒸发器总成。下游部件是冷凝器总成。它们之间的性能是相互影响的，当蒸发器内制冷剂蒸发温度Te（或压缩机吸气压力Ps）变化时，压缩机的输气量会变化，而压缩机制冷量Qe，c、制冷剂冷凝温度tc都会变化。因此，在选配或设计冷凝器和蒸发器时，应当与所选配的压缩机性能相匹配，并且三者性能要综合考虑，才能充分发挥各个部件的作用。3.2 冷凝器总成的匹配冷凝器总成，从系统匹配角度来讲，所关心的是冷凝器总成的整个性能，不仅包含冷凝器的换热性能，而且包括冷凝器与冷凝器风机、风道的空气流来匹配性能，冷凝器总成与压缩机、蒸发器总成的匹配性能。3.3 蒸发器总成的匹配蒸发器总成，从系统匹配角度来讲，所关心的是蒸发器总成的整个性能，不仅包含蒸发器的换热性能，而且包括蒸发器与蒸发器风机、风道的空气流来匹配性能，蒸发器总成与压缩机、冷凝器总成的匹配性能与接流机构（如热力膨胀阀）。制冷剂分配器的匹配性能，从整车空调效果的角度来考虑，甚至还包括蒸发器总成与车室内风道设计，风口布置的匹配性能。这就需要在蒸发器总成的风机选配时，风机的风量确定，不仅要考虑蒸发器总成中风道的阻力特性，好要考虑车室内风道的阻力特性。第4章 风道设计、风机选型及降噪技术4.1 风道设计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，所以风到布置也直接影响汽车空调系（如图4-1所示）图4.14.11 车空调风管的选择（1）风管材料及断面选择 风管用材料应表面光洁，质量轻，安装方便，并有足够的强度、刚度、且抗腐蚀、寿命长、价格低廉。 一般汽车空调多用厚度为0.75 1.2mm的薄钢板，铝合金，镀锌薄钢板或塑料（聚氯乙烯）板制造。新型汽车空调系统还有采用玻璃纤维板风道。它对空调管道保温、消声起到良好的效果。汽车空调系统选用的风管，主要有矩形和圆形两种截面。矩形风管高度低，容易与汽车构造配合安装，但加工制作和保温较困难。圆形风管管道阻力小，保温方便。随着城市公交车的大力发展，对城市公交车的要求越来越高。图4-2图（a）所示的冷风道就是为城市而设计的，该公交车一般采用底置式空调，由于底置式空调同时考虑到总布置问题，侧冷风道采用弯曲形式，同时上部与车内水平冷风道接口处断面逐渐变大以降低风速，减小气流损失，在车正前上顶设置一出风口供驾驶用，由于该种冷风道断面较大，加之空调制冷量较大，深受用户欢迎。图（b）所示的冷风道也是为城市公交车而设计的。考虑到站立乘客较多，该车冷风道在下部设出风口的情况下，在侧面水平方向又设了出风口，这样站立乘客可直接接受冷气，效果较好。经综合考虑，本设计选用图（b）。（3）汽车空调风管的风速选择 汽车空调风管的风速应根据系统布置、送风量、风管结构及送风噪声要求等因素而定。表所示为汽车空调风管的风速选择。汽车空调风管的风速选择频率在1000HZ时车内允许压级/dB风速/（m/s）总管和支管无送风、回风口的支管有送风、回风口的支管40 6060以上6 87 125 76 83 53 64.12 汽车风管的保温为了减小空气在风道输送过程中的冷、热量损失以及防止低温的风道表面温度较高的环境下结露，汽车空调中的风管都要保温。保温材料目前使用的种类很多。如聚苯乙烯泡沫塑料等，它们的导热系数大多在0.12 （W/m）以内。通过保温层管壁的传热系数与管壁间有空气流动，影响保温效果。 当风道布置在室外时，要做好防雨防潮措施，以及防止室外噪声随风道传入车内的措施。4.2 降噪技术4.21 风管内的空气阻力和改进风管结构 对一定的送风系统，风机转速愈小、风压愈低，则风机噪声也愈低；在保证车室换气量的条件下，总送风量不必选过大，以利于降低风管内空气流速和减小风管空气流动阻力，风管内空气流动产生噪声，主要由于边界层产生涡流及其涡流区的压力和流速的变化；另外，气流遇到障碍物和风管内表面粗糙也引起气流噪声。因此，风管内的空气流速不宜选择过大；对风管弯头、三通管接头、变截面过度段、调节风门等应作成流线型、渐缩型或设置导流叶片，以减小气流阻力和避免引起气流的涡流。4.2