汽车空调系统解读

汽车空调系统重庆大学汽车学院张伟汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟一、概述汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

由于汽车是一个比较密闭的空间，所以长时间空气的不流畅会让我们产生疲劳感，影响汽车舒适性，严重的还会存在一定的安全隐患，所以现在空调装置都已经成为乘用车的标配，商用车的选配。

汽车空调是汽车上的一种装置，它可以对我们的车厢内空气进行制冷、制热、换气和空气净化等，二、汽车空调的工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟利用制冷剂（R-134a）从液态变成气态时吸收大量热能的原理制冷。汽车空调的压缩机通过汽车发动机经皮带传输动力（非独立式空调），压缩机吸入低温低压的制冷剂气体，运转压缩成为高温高压的气体，经过冷凝器散热管降温冷却变成高压中温的液体，再经过贮液干燥器除湿与缓冲，然后以较稳定的压力和流量流向膨胀阀，经节流和降压最后流向蒸发器，制冷剂一遇低压环境即蒸发，吸收大量热能。车厢内的空气不断流经蒸发器，车厢内温度也就因此降低。液态制冷剂流经蒸发器后再次变成低压气体，又重新被吸入压缩机进行下一次的循环工作。在整个系统中，膨胀阀是控制制冷剂进入蒸发器的机关，制冷剂进入蒸发器太多就不易蒸发而太少冷气又会不够，因此膨胀阀是调节中枢。而压缩机是系统的心脏，系统循环的动力源泉。工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟1、压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体排出压缩机。2、散热过程：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，并排出大量的热量。3、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）排出膨胀装置。4、吸热过程：雾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。三、汽车空调系统分类（按动力源分）汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟独立式空调：有专门的动力源（第二台发动机或电动机）驱动压缩机的运行，一般用于大中巴上，这是由于大中巴的内部空间位置较大而且对空调运行效果要求更高。独立式空调制造成本较高，并且其维修及维护困难，所以局限于大中巴汽车上使用。非独立式空调：直接利用汽车发动机来运转的空调系统， 非独立式空调由主发动机带动压缩机运转，并由电磁离合 器进行控制。接通电源时，离合器结合，压缩机运转，从 而调节冷气为空调系统提供制冷剂，达到调节车厢内温度 的目的。其优点是结构简单、便于安装布置、噪音小。由于需要消耗主发动机10%-15%的动力，直接影响汽车的加速性能和

爬坡能力。同时其制冷量受发动机转速的影响。由于其较低的成本（相对独立式空调），可靠的质量，成为市场的主导产品。轿车、面包车、小巴都使用这种空调。四、汽车空调系统的构成及作用汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟制冷系统：对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空气进行冷却或除湿，使车室内空气变得凉爽舒适。暖风系统：主要用于取暖，对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空气进行加热，达到取暖、除湿的目的。通风系统：将外部新鲜空气吸进车室内，起通风和换气作用。同时，通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。空气净化系统：除去车室内空气中的尘埃、臭味、烟气及有毒气体，使车室内空气变得清洁。控制系统：对制冷和暖风系统的温度、压力和对车室内空气的温度、风量、流向进行控制。五、汽车空调的组成汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

汽车空调一般主要由压缩机(compressor)、电控离合器、冷凝器（condenser）、蒸发器（evaporator）、膨胀阀(expansionvalve)、贮液干燥器（receiverdrier）、管道（hoses）、冷凝风扇、真空电磁阀(vacuumsolenoid)、怠速器和

控制系统等组成。汽车空调分高压管路和低压管

路。高压侧包括压缩机输出侧、高压管路、冷凝

器、贮液干燥器和液体管路；低压侧包括蒸发器、积累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机机油

池。汽车空调系统组成汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟六、汽车空调压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

空调制冷系统的心脏，使制冷剂在系统内循环的动力源，使制冷剂完成从气态到液态的转变过程，达到制冷剂散热凝露的目的。也是管路内介质运

转的压力源。

压缩机的旋转轴是通过磁性离合器及皮带与发动机曲轴相连取得动力的，这是因为当装在蒸发器出风口的传感器感知出风的温度不够低时，它就会通过电路使压缩机的磁性离合器闭合，这样压缩机随发动机运转，实现制冷。而当出风温度低于设定的温度，它则控制磁性离合器切离，这样压缩机不工作。如果这一控制失灵，那么压缩机将不断工作，使蒸发器结冰造成管道压力超标，最终破坏系统甚至造成损坏。1.压缩机分类汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

根据工作原理的不同，空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。

定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出，而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号，当温度达到设定的温度，压缩机电磁离合器松开，压缩机停止工作。当温度升高后，电磁离合器结合，压缩机开始工作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制，当管路内压力过高时，压缩机停止工作。变排量空调压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号，而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中，压缩机始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时，压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比，这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度，低压端压力上升到一定程度时，压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。根据工作方式分类

曲轴连杆式压缩机：是第1代压缩机，它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工工艺要求较低，造价比较低。适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。但无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化。排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟2.轴向活塞压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟斜板式压缩机的主要部件是主轴和斜板。各气缸以压缩机主轴为中心圆周布置，活塞运动方向与压缩机的主轴平行。大多数斜板式压缩机的活塞被制成双头活塞，一端活塞在前缸中压缩制冷剂蒸气时，另一端活塞就在后缸中吸入制冷剂蒸气。斜板与压缩机主轴固定在一起，斜板的边缘装合在活塞中部的槽中，活塞槽与斜板边缘通过钢球轴承支承。当主轴旋转时，斜板也随着旋转，斜板边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜板转动一周，前后2个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环，相当于2个气缸工作。

斜板式压缩机比较容易实现小型化和

轻量化，而且可以

实现高转速工作。

它的结构紧凑，效

率高，性能可靠，

在实现了可变排量

控制之后，目前广

泛汽应车电用器与于电子汽设备车空调。重庆大学汽车学院张伟3.变排量压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟空调压缩机可变排量实现方式：旁通式：高压侧通过旁通阀向低压侧泄压方式，这种变排量方式牺牲压缩机功率，所以在汽车上不能采用；改变压缩机转速实现排量可变，现在的家用空调采用变频技术实际上即是变化压缩机的转速实现排量的变化。但是对于汽车来说，压缩机由发动机驱动，不可能实现发动机转速随空调压缩机工作需要而改变。真正的压缩机本身变排量，不关乎发动机的转速，而是依据空调的负荷自动改变排量，调节制冷能力。应用于汽车的可变排量压缩机。可变排量压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

可变排量压缩机通过调节斜盘或摇板的角度，从而调节活塞的最大行程，改变压缩机的排气量。

相对于传统的定排量压缩机系统，需要有在压缩机前端安装电磁离合器控制压缩机间歇工作，以

调节制冷量。可变排量压缩机取消了电磁离合器，通过活塞行程的无级连续调节，调节制冷量。车

内环境热舒适性好，能耗低！

变排量的控制方式有两种：一种是机械式可变排量，即在压缩机内部有调节阀，依据空调的管路压力自适应的改变压缩机的排量；另一种是电控可变排量，在原机械调节阀的基础上增加了一个电磁调节阀，空调控制单元从蒸发器出风温度传感器获得信号，对压缩机的功率进行无级调节。可变排量压缩机结构图■■汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟可变排量压缩机工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟4.旋转叶片式压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟气缸形状有圆形和椭圆形2种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。

转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积不断发生变化，制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。

作为第3代压缩机，由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但对加工精度要求很高，制造成本较高。单作用汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟双作用汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟5.旋涡式压缩机汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

涡旋式压缩机可以称为第4代压缩机。涡旋压缩机结构主要分为动静式和双公转式两种。目前动静式应用最为普遍，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成，动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差180度，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动，即无自转，只有公转。旋涡式压缩机工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

互错开180度的涡旋叶片圈组合一对啮合，动圈2以回旋半径的圆作不旋转的回运动。如(A)所示，在吸气完了时，一对涡旋圈共形成两对月牙形容积。最大的月牙容积11即将开始压缩。动圈涡旋

中心绕定圈涡旋中心连续公转，原最大的月牙容积实现a—b—c的压缩，达到预定压力，由排气口

9排出。在月牙11压缩的同时，在动圈和定圈的

外周义形成吸气容积4、8，连续回转运动过程中，也实现了相同的压缩，如此周而复始完成吸气、压缩、排气过程。特点凑、工制应压缩机体积小、重量轻，驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。因为没有了吸排气阀，运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。多个压

缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，

气体泄漏量少，容积效率高。涡旋式压缩机以其结构紧高效节能、微振低噪以及作可靠性等优点，在小型冷领域获得越来越广泛的用。汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟双螺杆压缩机能，、

螺杆压缩机是靠气缸中一对螺旋形阴阳转子相互啮合旋转，阴阳转子的齿槽在相对齿的填塞下，使容积不断变化，实现了对制冷剂气体的压缩。具有优良的可靠性机组重量轻、振动小噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟双螺杆压缩机工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟A、吸气过程进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动进，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。当空气充满整个齿沟时。转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即被封闭，以上为[进气过程]。B、封闭及输送过程主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即

[封闭过程]。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动，此即[输送过程]。双螺杆压缩机工作原理汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟C、压缩及喷油过程在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力提高，此即[压缩过程]。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。D、排气过程当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力最高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两

转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完

成[排气过程]；在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在

进行。七、暖风系统汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

汽车暖风系统可以将车内的空气加热，提高车内的温度。汽车暖风系统有许多类型，按热源的不同可以分为热水取暖系统、燃气取暖系统、废气取暖系统等。目前小车主要采用热水取暖系统。1、热水取暖系统工作原理热水取暖系统的热源通常采用发动机冷却水，使冷却水流过一个加热器芯，再使用鼓风机将冷空气吹过加热器芯加热空气，使车厢内的温度升高。热水取暖系统的组成主要由加热器芯、水阀、鼓风机、控制面板等组成。热水取暖系统的调节温度方式1.热水取暖系统就暖风系统而言，其温度调节温度方式有2种：空气混合型暖风系统；水流调节型暖风系统。汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟2.燃气取暖系统汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟

在大、中型客车上，尽靠发动机冷却水的余热取暖是远远满足不了要求的，为此在大客车中常采用燃气取暖系统。

燃油和空气在燃烧室中混合燃烧，加热冷却水，加热后的水进入加热器芯向外散热，降温后返回发动机再进行循环。2.燃气取暖系统汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟3.燃油加热器汽车电器与电子设备重庆大学汽车学院张伟1）空气燃油加热器空气燃油加热器是通过燃烧客车燃油来加热传热介质空气的，可在任何情况下提供充足的热量，加热迅速，热效率高，不仅可取暖、化霜，还可用于低温起动时对小型发动机的机体预热。2

）液体燃油