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汽车空调基础知识 目录 第一章汽车空调系统要求及分类第二章汽车空调制冷原理第三章汽车空调压缩机第四章冷凝器和蒸发器第五章热力膨胀阀和其它辅助设备第六章安装注意事项第七章空调系统的操作第八章电气控制系统第九章日常维护与维修 第一章汽车空调系统要求及分类 1 1汽车空调系统在设计 安装 运行和维修方面与其它用途的空调装置相比较 有许多特殊的要求 表现在 1 热 湿负荷大 在同样空间容积内配置的系统容量要大得多 2 车室的容积不大 空调装置的重量 安装尺寸和位置等均要受到整车的限制 3 车室的容积小 高度低 座椅满布 致使气流的温度和速度分布难以达到均匀 但空调本身又要追求舒适性 两者的矛盾不易协调统一 4 空调装置的安装位置要考虑汽车轴荷的合理分布 5 考虑汽车的整体协调 空调装置的布置要与汽车的上部造型和内室美观相统一和协调 充分满足车身整体美观的要求 6 汽车种类繁多 结构各不相同 即使是同一种车型 由于使用对象不同 车内的布置要求各异 呈现出多样性 7 在安装空调系统时 要考虑司机的操作方便 要考虑节省动力 不影响汽车的动力性能 1 2汽车空调系统分类 1 按功能分可分为单一功能和多功能一体化 所谓单一功能是指制冷 或采暧 或通风 各自独立 自成系统 所谓多功能一体化是指全空调是集制冷 采暧和通风于一体的空调方式 2 按驱动方式分为非独立式和独立式 非独立式又称为被动式 以汽车发动机为动力直接驱动压缩机工作 独立式汽车空调装置的压缩机是由专门设置的辅发动机带动 3 按机组型式分为整体独立式和分散式 整体独立式是把空调装置的各个组件统统装在一个专用机架上 自成体系 分散式是指压缩机 冷凝器和蒸发器各自独立的总成 分散安装在汽车的适当部位 4 按送风方式分有直吹式和风道式 直吹式即将经空调机处理后符合要求的空气直接从空调器吹出 风道式则是将处理的空气通过风道送出 这种方式可把风送到需要的部位 达到良好的气流组织 提高舒适性 同时也带来零件数增多 风阻加大等弊端 冷风道的布置应考虑到以下一些方面 a 风道的长度应尽可能短 风道长则风阻大 b 风口设置应使车内具有良好的气流状况 充分利用自然对流作用 使气流速度和温度场均匀 满足舒适性的要求 c 风道内走的是冷风 若冷风温度低于车内空气的露点温度 则在管壁上会结露 并形成水滴滴下 另外还应防止车外热量进入管道 造成冷量损失 因此管道应采取必要的保温隔热措施 d 管道的布置与其它相邻部位要统一协调 做到车内的整体美观 给人以美的享受 e 便于安装后维修 保证风道的良好气密性等 5 按蒸发箱布置方式分 仪表板式 车内顶置式 立式 下置式 后置式是把蒸发箱置于汽车后围 冷风通过后围侧面竖直风管把冷风送到横风道 然后空调冷风经风口送入车室 车外顶置式 第二章汽车空调制冷原理 2 1概述 当前汽车空调制冷系统普遍采用蒸汽压缩式制冷方式 即利用液体气化吸收热量来实现制冷 上图为汽车空调制冷系统的组成 它包括压缩机 冷凝器 贮液干燥器 热力膨胀阀 蒸发器和连接这些部件的管路系统及电器控制系统 这些部件的组合物构成了汽车空调的制冷装置 在制冷系统内充灌有某种工作介质 称为制冷剂 制冷剂在系统内部循环 依靠其状态变化进行能量传递和转移 2 2汽车空调制冷工作原理本系列客车空调系统为蒸汽压缩制冷 采用绿色环保HFC 134a为工质 系统工作分四个过程 A 压缩过程 压缩机工作后 在蒸发器中吸收热量后变为低温低压的气态制冷剂 经压缩机吸入压缩后 将制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂 排入冷凝器 B 冷凝过程 高温高压的气态制冷剂进入冷凝器后 在冷凝器风机 轴流风机 的作用下 通过冷凝器散热器向周围环境空气中散热 同时冷凝为高温高压液态制冷剂 轴流式风机 这种风压较低 风沿着电机转轴方向吹出 冷凝风机顾名思义它起着对冷凝器散热 降温的作用 使冷凝器温度降低 有利于制冷剂液化 降低系统压力 C 节流过程 高温高压的液态制冷剂通过贮液器 干燥过滤器干燥过滤后经膨胀阀节流降温 降压 变成低温低压液态和气态制冷剂的混合物进入蒸发器 D 蒸发过程 经膨胀阀节流成为低温低压液态和气态混合物的制冷剂在蒸发器中汽化 在蒸发器风机作用下吸收车厢内空气热量而使车厢内空气降温 同时析出冷凝水 吸收热量后的制冷剂蒸发成低温低压气态制冷剂 经压缩机吸入再进行压缩 完成一次制冷循环 离心式风机 这种风压较高 风沿着圆周切线方向吹出 蒸发风机顾名思义它起着对蒸发器散冷 升温的作用 它使车内气体循环到蒸发器内达到车内温度降低 蒸发器温度升高 有利于蒸发器内的制冷剂汽化 同时防止蒸发器表面结霜 压缩机不停地运转 上述制冷过程连续不断地进行循环 车厢内热量不断地被蒸发器内制冷剂带走 从而完成整车的降温除湿 2 3制冷剂 制冷剂是制冷装置完成制冷循环的媒介 又称制冷工质 制冷循环中通过制冷剂的状态变化 进行能量转换 达到制冷的目的 制冷循环的性能除与工作温度有关外还与制冷剂的性质密切相关 1 对制冷剂的要求 对热力性质的要求 a 临界温度高 可以用一般的冷却水和空气进行冷凝 同进使节流损失小 制冷系数高 b 单位容积制冷量大 可使相同产冷量时压缩机尺寸较小 c 蒸发压力和冷凝压力适中 冷凝压力不要太高 蒸发压力不要太低 尤其不能低于大气压力 d 绝热指数小 有利于降低压缩机排气温度 提高压缩机效率 热力性质a 粘度比重小 减少制冷剂在制冷系统中的流动阻力损失 b 导热系数高 以提高换热部件的传热系数 减少换热面积 c 无毒不燃烧 不爆炸 使用安全 d 较好的化学稳定性和热稳定性 不与润滑油起反应 对金属材料无腐蚀 在高温下不分解 对环境的影响 对大气臭氧无破坏 温室效应小的工质 2 汽车空调常用制冷剂 R12对大气臭氧层有破坏作用 已禁止使用 R 134a 汽车空调R12的替代物R134a具有与R12相近的热力性质 较好的制冷性能 与金属和非金属材料相容 化学和热稳定性较好 毒性小 不燃爆 肯有环境可接受的PDP和GWP值 a 化学稳定性 HFC 134a是明火或高温时会分解出有毒和刺激性物质 资料表明 HFC 134a与PAG和POE国际货币基金组织的混合物是稳定的 它们对铜 铁和铝等金属材料的作用良好 b 与材料的相溶性汽车空调系统由于抗震和防止泄漏的要求 橡胶等弹性元件的使用较多 HFC 134a与原用的丁睛橡胶 NBR 氟化橡胶 FKM 不相溶 因此采用与HFC 134a和润滑油相溶的材料 如聚丁睛橡胶 N NBR 三聚乙丙橡胶 EPDM 及 CR 等 第三章汽车空调压缩机 在蒸气压缩式制冷装置中 压缩机是其主要部件之一 压缩机在压缩式制冷系统中的作用是 将蒸发器出口低温低压蒸气加压然后送到冷凝器中冷却和冷凝 压缩机为制冷系统的运行提供了动力 因此要消耗功 蒸气压缩式制冷系统使用的压缩机分为两种类型 一类为速度型 如离心式 另一类为容积型 在汽车空调制冷系统中 目前使用的都是容积式压缩机 3 1汽车空调压缩机的分类 1 容积式压缩机按其结构来分 可分为往复活塞式 简称往复式 和回转活塞式 简称回转式 往复式和回转式在汽车空调器装置中均有不同程度的应用 往复式问世最早 是迄今仍普遍应用的一种机型 例如 BOCK BITZER压缩机 就往复式压缩机而言 技术上较为成熟 生产和使用上积累有丰富的经验 对材料的要求低 加工容易 造价低廉 它能适应较广泛的压力范围和制冷量范围 热效率高 不足之处是 由于活塞作往复运行 动力平衡性能差 限制了压缩机转速的提高 结构复杂 易损件多 维护工作量大 而回转式压缩机的工作容积旋转运动 无往复运动机构 所以动力平衡性能好 运转平稳 振动小 在其适宜的工作范围内具有较高的效率 另外回转式压缩机结构简单 体积小 重量轻 零件少 可靠性高 但回转式压缩机排量较小 一般用于制冷量较小的空调系统 如轿车空调系统 2 汽车空调压缩机的驱动方式可根据其驱动源而分为两种类型 非独立式和独立式 非独立式是由汽车的主发动来驱动压缩机 这种驱动方式适合于汽车主发动机有余烽而压缩机功率又不太大的车型 如小轿车 面包车 工程车等 这种驱动方式占用空间小 维护简便 但由于压缩机消耗主发动机部分动力 会影响车辆的加速性能 且空调装置的冷量会随车速的变化而变化 独立式 或称辅助式 即另行配置发动机以驱动压缩机 一般大客车 旅游车 大中型面包车等采用独立式驱动 由于另设专用驱动机 因此空调装置可与辅助发动机例题匹配 汽车行驶与空调装置的制冷效果之间互不影响 但这种驱动方式要占据一定的汽车空间 使整车配置和维护复杂化 无论是主机驱动还是辅机驱动 汽车空调压缩机都是采用开启式 即压缩机主轴的功率输入端伸出机体之外 通过皮带轮与驱动机连接 轴伸出机体部位装有轴封 以防制冷剂外泄 3 2汽车空调压缩机的特殊要求 汽车运行的动态特征与多变的外界环境对汽车空调压缩机的性能和结构提出了一些特殊要求 表现在 1 要有良好的低速性能 要求压缩机在汽车发动机低速和空载时有较大的制冷能力和较高的效率 2 汽车高速行驶时输入功率低 这样不仅节省油耗 而且能降低发动机用于空调方面的功率消耗 提高汽车自身的动力性能 3 压缩机要小型轻量化 这样可以节省汽车空间 安装位置方便 且节省材料和燃料的消耗 4 要能经受恶劣运行条件的考验 有高度的可靠性和耐久性 在怠速时 汽车发动机舱内温度有时高达80 冷凝压力高 就要求压缩机能承受高温及高压和有限的过载 汽车行驶在道路上总有颠簸 这也要求压缩机有良好的抗震性能 并把制冷剂的泄漏减小到最低程度 5 对汽车不要产生不利的影响 要求压缩机运转平稳 振动小 噪音低 启停对发动机转速的影响小 启动力矩小 3 3往复活塞式压缩机的原理和性能往复活塞式压缩机是通过一定的机构将旋转运动转换成活塞的往复运动 以曲柄连杆往复式压缩机为例 曲轴旋转带动连杆 连杆又推动活塞在气缸内上下运动 使气缸容积周期性地扩大和缩小 完成吸气 压缩 排气等过程 3 4斜板式压缩机斜板式压缩机是目前汽车空调中应用最广泛的一种机型 这种压缩机仍然是通过活塞在气缸内的往复运动来实现气体的压缩 故仍属往复活塞式压缩机 斜板式压缩机有斜盘式和摇板式两种结构 1 斜盘式压缩机的工作原理 回转斜盘固定在主轴上 双向作用活塞夹嵌在斜盘周围 通过钢球和滑履将斜板和活塞联系在一起 当主轴带动斜盘旋转时 滑履在斜盘上滑动 随着滑动在斜盘上的位置的改变 通过钢球推动活塞作往复运动 2 摇板式压缩机的工作原理 气缸均匀布置在同一侧 主轴旋转带动传动板 传动板又推动摇板摆动 摇板的摆又通过连杆牵动活塞在气缸内作往复运动 斜板式压缩机的优缺点归纳起来有以下几点 1 由于将轴的旋转运动转换成活塞往复运动的机构改变 活塞平行于主轴 缸体呈圆形卧式安放 因而便于在发动机上安装和传动 2 气缸围绕主轴中心的圆周布置 可使结构紧凑 易于实现小型化和轻量化 3 采用多缸工作 动力平衡性能好 运转平稳 活塞往复运动而产生的往复惯性力能完全地自然得到平衡 往复惯性力矩也可利用主轴或斜盘上加平衡质量的方法予以完全平衡 4 排气均匀 驱动力矩变化小 5 由于其基本工作仍为往复式 故设计和生产工艺成熟 结构较为完善 不足之处 1 气缸多 零部件多 加工量大 2 组装调整的部位多 3 轴向尺寸较大 第四章冷凝器和蒸发器 冷凝器和蒸发器是汽车空调器中两重要的组件 其作用是实现两种不同流体之间的热量交换 所以 蒸发器和冷凝器都是换热器 具体讲来 在冷凝器中是制冷剂把热量放给周围环境空气 制冷剂在管内流动 在放热过程中 制冷剂蒸气逐步凝结成制冷剂液体 而周围环境空气受到加热 在蒸发器中则是制冷剂吸收周围被冷却空气 车室内空气的热量 制冷剂在管内流动 在吸热的过程中 制冷剂液体不断的沸腾气化成制冷剂蒸气 空气则得到冷却 温度降低 在一定的条件下空气中还会有一部分水蒸气凝结析出 冷凝器和蒸发器与其它各组件之间是相互联系 相互制约的 比如说 它应与压缩机相匹配 对冷凝器和蒸发器性能的评价 首先应考虑它对系统的性能影响如何 冷凝器和蒸发器工作状态直接关系到系统的制冷量大小 压缩机功耗的多少 以及整个系统的经济性 因此 对冷凝器和蒸发器的要求是传热性能好 适应于系统匹配 结构紧凑 便于在汽车上安装和维修 安全可靠等 4 1换热器的基本原理在汽车空调中所采用的冷凝器和蒸发器都是制冷剂和空气之间被壁面 如金属管 隔开 两者不直接接触来实现温差传热的换热器 从传热角度考虑 换热的过程总是两种流体之间存在温差 而且也总是温度高的流体将热量传递给温度低的流体 为分析方便起见 把温度高的流体称为热流体 把温度低的流体称为冷流体 在冷凝器中制冷剂称为热流体 那么空气就是冷流体 在蒸发器中恰好相反 空气是热流体 制冷剂却成了冷流体 因此蒸发气和冷凝器是实现热流体和冷流体之间热量转换的设备 在汽车空调中冷凝器放出制冷剂储存的热量 而蒸发气是制冷剂吸收空气中的热量 4 2冷凝器冷凝器是将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸气 通过它放出热量后 凝结成液体或过冷液体的换热设备 在汽车空调中 冷凝器都是采用空气冷却方式 或者叫做风冷方式 其特点是不需要用水和水源 使用和安装方便 1 冷凝器构造在汽车空调中采用的冷凝器主要有以下几种 平流片式冷凝器 管带式冷凝器 管片式冷凝器 2 冷凝器的布置汽车空调的冷凝器 大多数布置在车头部 侧面或车底 经常有地面上的尘土和泥浆飞溅在冷凝器上 其既增加了热阻 降低了传热性能 冷凝器的管子又受到这种酸性物质的腐蚀 管子容易烂穿 因此 在使用时应经常对冷凝器表面进行清理 如果冷凝器原布置或冷却措施不当 不仅导致空调性能下降 甚至会影响汽车动力性能 同时冷凝压力过高 还会带来一系列不安全因素 这些问题在布置冷凝器时应做到全面考虑 4 3蒸发器蒸发器是将节流后的液体制冷剂 在其中吸热气化达到制冷效果的设备 空气通过蒸发器时 热量被蒸发器中的制冷剂带走 实现了对空气的降温或降温除湿作用 被冷却的空气 在通风机的作用下 以强制的方式送入车室内 并直接与车室内空气混合 使车室内的温度降低到要求的程度 1 蒸发器的具体结构形式有管片式 管带式和层叠式等 管片式 管带式 层叠式 2 蒸发器的换热特点 空气将热量传递给制冷剂而温度降低 大家知道 当空气中的含湿量一定时 如果温度不断降低 则空气的相对湿度就不断增加 当温度降低到露点温度时 就达到饱和状态 如果再进一步冷却 那么空气中的水蒸气就会部分地凝结成水析出来 如果蒸发器管子外表面温度低于露点温度 则在管壁上就会有一层凝结水膜 如果管子表面温度不仅低于露点温度 还低于0 那么管子表面就出现霜冻 为此一般应在铝肋片表面上采用亲水膜措施 即在肋片表面上造成一层稳定的表面层 使凝结水形成不了水滴就被亲和成膜状 以消除水桥现象的出现 在蒸发器中制冷剂是在一定的饱和温度下进行气化的 实际是处于沸腾状态 是一种剧烈的气化过程 而不能简单的看成是在制冷剂液表面上进行蒸发 第五章热力膨胀阀和其它辅助设备 汽车空调 即在汽车内加装调节装置 广义讲应具有制冷 制热和通风等多种功能 狭义仅指 制冷 我们也照此处理 汽车空调制冷系统电路原理和基本电路包括温度 速度 压力控制 以及除霜 加热 通风 换气 自动控制等电路 为了使汽车空调系统能正常工作 车内能维持所需要的温度条件 空调系统中有一系列的控制元件和执行机构 空调系统的几种常见控制部件及安装部位见下表 5 1热力膨胀阀在汽车空调的制冷系统中 热力膨胀阀也是一个关键的部件 它主要是起着节流降压和调节流量的作用 同时 它还有防止湿压缩和液击以及异常过热的功能 在制冷系统工作时 由于外界负荷的变化或压缩机转速的改变 车速变化 系统的工况在不断地改变 但作为空调来说 要求保持车室内的空气状态是稳定的 这要求制冷剂的流量做相应的调整 热力膨胀阀对进入蒸发器的流量具有自动调节的功能 热力膨胀阀是靠控制蒸发器出中过热度的方法实现对流量调节的任务 使制冷剂的流量达到合适的程度 因为制冷剂循环量过多 则有可能使液态制冷剂进入压缩机 造成湿压缩或液击 而制冷剂过少 又会造成制冷能力不足 蒸发器出口的过热度太大 未充分发挥蒸发器的效能 1 热力膨胀阀的分类 根据平衡方式分 有内平衡式和外平衡式 内平衡式热力膨胀阀是从蒸发器进口处取平衡压力 而外平衡式则是从蒸发器出口处取平衡压力 对制冷剂在蒸发器中流动时 产生压力损失不大的 一般采用内平衡式热力膨胀阀 其结构简单 制造方便 价格也较便宜 如果制冷剂在蒸发器中流动损失大 压力降就大 则应采用外平衡式的 2 热力膨胀阀的选配与安装热力膨胀阀容量的选配一般要与蒸发器热负荷相匹配 一般情况下热力膨胀阀的容量应比蒸发器负荷大20 30 为宜 热力膨胀阀的安装 应注意的一些事项 新购的膨胀阀 首先要检查是否完好 特别是感温机构部分 如果感温包内的制冷剂泄漏 这时弹簧力会把阀孔关闭而打不开 阀体应竖直放置 不能斜装 更不可倒装 安装位置应尽可能靠近蒸发器 感温包安装位置十分重要 有时它直接影响到制冷系统的性能 感温包应牢固的装在清洁的吸气直管段上 感温包与吸气管之间要有良好的热接触 外平衡式热力膨胀阀的平衡管装在蒸发器的出口 但感温包必须装在平衡管之前 且应保持适当的距离 两者不能互换位置 5 2贮液干燥器贮液干燥器是保证压缩机和制冷系统正常运行的必要设备 它起着三个方面的作用 1 贮液作用 贮液是用来贮存和供应制冷系统内的液体制冷剂 以便工况变动时能补偿和调剂液体制冷剂的盈亏 一般说来 空调系统开始工作时的负荷量大 要求制冷剂的循环量也大 当工作一段时间后 负荷将减小下来 这时所需的制冷剂量相应地减少 因此 负荷大时 贮液器中的液体制冷剂补充进来 而负荷小时又可将液体制冷剂贮存起来 同时 由于开启式压缩机和橡胶连接软管 总有一定的制冷剂泄漏 贮液器还可弥补系统中制冷剂的微量渗漏 2 过滤作用 制冷系统中的各个部件在出厂前应进行严格的清洗和干燥 但是在安装管路时 有可能不注意将污物带入 管道中也可能生产污物 如氧化皮之类 制冷剂本身也不那么干净 压缩机运行时的粉末磨屑等等 通过过滤清除掉这些机械杂质和污物 保证制冷剂顺利流通 不致因堵塞影响正常工作 3 干燥作用 用来吸收氟里昂中的水分 水分来源于制冷系统干燥不严格 或有空气进入 或制冷剂中溶解的水分 水分的存在有可能造成 冰堵 5 3高 低压管汽车空调用高 低压软管是连接汽车空调中各部件之间的管子 起传输制冷剂的作用 还有部分硬管 由于空调系统是装在汽车上 汽车在行驶过程中 颠簸和振动很大 往往是采用软连接方式 即采用橡胶管 软管有高压管和低压管之分 又因为在汽车上的工作环境恶劣 汽车发动机和空调压缩机要散发大量的热量 管内走的又是制冷剂和冷冻油 因此 要求软管具有良好的特性 主要表现在 1 良好的耐热 耐臭氧老化性 2 能承受较高的压力 3 良好的耐油和耐氟性能 橡胶管中含有冷冻油 4 气密性要好 5 动态性能要好 5 4温度控制元件在汽车空调系统中 温度控制元件具有检测温度与控制执行机构的双重作用 例如 设置在蒸发器总成中的温度控制元件就是通过感受的温度来决定压缩机开停的 在车上如果调节温控器 实际上是调节温控器中的调节控制机构 既设定室内温度点 当车内温度上升到该温度点时 温度开关触点闭合 离合器电流接通 压缩机工作 当车内温度下降到某一值时温度开关触点脱开 离合器电流中断 压缩机停止工作 热敏电阻式恒温器 这种恒温器所用的感温元件是一只热敏电阻 一般将热敏电阻插在蒸发器中间或其他需要测温的部位 风道中 全在蒸发器中 其工作原理是利用热敏电阻受到温度变化的影响时 其电阻值发生相应变化