PDF《汽车空调系统的组成与原理》

31 《汽车电器》

2009 年第

5 期OperationMaintenance 使用维修 修改稿收稿日期: 2009-02-04 作者简介: 凌晨(1971-), 男, 讲师, 多年从事汽车教学与维修工作, 曾主编 《汽车结构与拆装》 等图书.

Configuration and Principle of Auto Air Conditioning System LING Chen (Jiangsu Automobile Technical School, Yangzhou 225003, China) Abstract: The author introduces definition and function of the auto air conditioning system, elaborates configuration and working principles of its subsystems of warming, cooling, ventilation;

purification and electrical control. Key words: auto air conditioning;

warming system;

cooling system 汽车空调系统的组成与原理 凌晨(江苏汽车技师学院, 江苏 扬州 225003) 摘要: 阐述汽车空调的定义与功能, 详细介绍汽车空调采暖系统、 制冷系统、 送风系统、 空气净化系统和电气 控制系统的组成和工作原理. 关键词: 汽车空调;

采暖系统;

制冷系统 中图分类号: U463.851 文献标识码: B 文章编号: 1003-8639(2009)05-0031-04 汽车空调系统是现代汽车的基本配置,其结构、 原理和故障诊断与维修比较复杂, 很多汽车从 业人员特别是初学者对于其理解和技能的掌握有一 定的难度. 本文对汽车空调系统的组成和原理作了 详细的阐述, 以使汽车从业人员对汽车空调系统有 一个初步的了解, 为日后更进一步深入研究空调打 下良好的基础.

1 汽车空调的定义与功能 汽车空调是指对汽车车厢内的空气质量进行调 节的装置. 不管车外天气状况如何变化, 它都能把 车内空气的温度、 湿度、 流速、 洁度保持在驾乘人 员感觉舒适的范围内. 温度 是热度的度量, 是空调系统里最重要 的指标.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. 湿度 是指空气中含水蒸气量的多少. 湿度 一般有3种表示方法: 绝对湿度、 含湿量和相对湿 度, 空调系统中常用相对湿度来表示. 相对湿度是 指空气中水蒸气分压力和饱和水蒸气分压力之比, 反映了湿空气中湿蒸气含量接近饱和的程度. 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. 流速 是指空气的流动速度和方向, 对人体 舒适性影响很大. 夏季, 气流速度稍大点, 有利于 人体散热降温, 但过大的风速直接吹到人体上, 也 会使人感到不舒服;

冬季, 气流速度尽量小一些, 风速太大了, 会影响人体保温. 夏季, 舒适的气流 速度一般为0.25 m / s左右, 不宜超过0.5 m / s;

冬季, 一般为0.15~0.20 m / s, 不宜超过0.3~0.35 m / s. 根据 人体生理特点, 头部对冷比较敏感, 脚部对热比较 敏感. 因此, 在布置空调出风口时, 应采取上冷下 暖的格式, 即让冷风吹到乘员头部, 暖风吹到乘员 脚部. 洁度 是指车内空气的清新度. 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,影响驾乘人员身体健康. 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.为防止人体缺氧, 产生疲劳、 头痛和恶心, 车内每位乘客所需新 鲜空气量应为20~30 m3 / h, 二氧化碳 (体积) 浓度 应保持在0.1%以下.

2 汽车空调的组成与原理 完善的汽车空调系统应由采暖系统、 制冷系统、 送风系统、 空气净化系统、 电气控制系统5个部分组 成. 下面分别对上述5个部分的组成与原理进行介绍. 2.1 采暖系统 冬季天气寒冷, 在运动的汽车内人们感觉更寒 冷. 这时, 汽车空调可以向车内提供暖风, 提高车 室内的温度, 使乘员不再感觉到寒冷. 另外在冬季 或者初春, 室内外温差较大, 车窗玻璃会结霜或起 雾, 影响驾驶员和乘客的视线, 不利于安全行车, 这时可以用暖风来除霜和除雾. 这种对车内空气或 进入车内的外部空气进行加热的装置, 称为汽车采 暖系统. 汽车采暖系统按所使用的热源不同可分为2种. ①余热式加 热系统:轿车、载货汽车和中小型客车, 需要的热量较小, 可以用发动机的余热来直接 供暖. ②独立热源式: 大型豪华旅游车、 寒带地区 使用的客车, 需要的热量较大, 装有专门的暖风装 置, 常采用独立热源式采暖系统. 2.1.1 余热式采暖系统 轿车、 载货汽车和中小型客车, 需要的热量较 小, 可以用发动机的余热来直接供暖. 余热供暖系 统又分为水暖式和气暖式2种. 2.1.1.1 水暖式采暖系统的组成与工作原理 水暖式加热装置有2种: 一种是单独暖风机总 成, 由取暖水箱 (加热器)、 鼓风机、 加热器进出 水管、 热水开关等组成, 如图1所示;

另一种是整 体空调, 如图2所示. 现代 汽车多用整体式空调,它是把水暖加热器和制冷蒸发器装在一个箱体内, 共用一台风扇 (桑塔纳2000时代超人的空调就是这 一类), 两者之间用阀门隔开. 如图1所示, 从发动机出来的冷却液经过节温 器, 在温度达 到80 ℃时, 节 温器开启, 让 发动机冷却液 流到采暖系统 的加热器, 在 节温器和加热 器之间设置了 一个热水开关, 用来控制 热水的流动.冷却液的另一部分流到散热器散热. 冷却液在加热 器散热, 用来加热周围的空气, 然后再用风扇送到 车内. 冷却液从加热器出来, 通过水泵的泵收, 又 重新进入发动机的水箱内, 冷却发动机, 完成一次 采暖循环. 2.1.1.2 气暖式采暖系统的组成与工作原理 气暖式采暖系统是利用发动机排气管中的废气 余热供车厢取暖. 最早的结构形式是让排气管通过驾驶室直接供 暖, 这种方法由于排气管温度很高, 容易烫伤人体 或物品, 而且由于传热方式完全靠辐射, 给人一种 灼热烘烤的感觉, 使人很不舒服, 进入车厢的部分 排气管若连接处不密封或管子有渗漏, 则二氧化碳 会进入车厢, 危及人身安全, 已被淘汰. 另一种方法是将换热器铸成带散热翅片的管子, 装在发动机排气管上, 内腔作排气管用, 外侧 加热空气并将此汇集起来, 送到车内供暖, 如图3 所示. 这段管子外面套有鼓风机外壳, 中间通过需 要加热的空气, 热空气由鼓风机送入车厢. 这种方 式用热风代替了热辐射, 车内温度比较均匀, 不会 烫伤人. 只要排气管的材料耐腐蚀性好, 连接处密 封性好, 一般不会有废气漏入车厢.与水暖式相比, 气暖式的热量大, 采暖效果较好, 在严寒地带 可解决部分采暖需要. 但由于不管是否需要暖气, 废气都要通过暖风 机管道, 这样废气 中含有的SO

2、 H2O 等杂质会长时间地 腐蚀排气管壁, 一 旦穿透, 废气将混 入加热空气进入车 厢. 因此, 不到万 不得已, 不宜采用 上述两种方法. 为了利用发动 机排气的热量解决 北方汽车冬季取暖 的问题, 出现了热 管节能换热器. 热 管是一种管内处于 高真空状态装有高 效传热工质的金属 管, 如图4所示. 当热管的吸热 端受热时, 管中的 液体立即汽化, 产 生的蒸气流向放热 端, 通过管壁把热 图4 热管换热原理 图3 气暖式热交换器 图2 整体式空调 图1 水暖式采暖系统工作原理

32 《汽车电器》

2009 年第

5 期 使用维修 OperationMaintenance 图5 热管式空调车 量传给管外. 蒸气变冷凝结, 重新返回加热端. 热管的导热率比良好的导热金属要高几倍甚至 几千倍. 若把管外的放热端与吸热端严格分开, 吸 热端外有发动机排气通过, 放热端外让被加热空气 通过, 然后由风机送至车厢取暖和除霜用, 这就成 为热管式车内暖风机. 客车热管式暖风机的布置如 图5所示. 为提高气侧换热效率, 可在热管外安装导热肋 片. 为节省有色金属, 管子用无缝钢管. 设置旁通 侧门, 便于清洗管壁上的废尘. 这种热管式暖风机产热量比水暖式大, 采暖效 果好;

使用安全可靠, 发动机废气不会漏入车厢;

对发动机工作没有影响;

利用余热, 经济性好. 由 于管壁外肋片, 可起到消音及吸附废尘的作用, 减 少排气污染. 余热供暖设备简单, 使用安全, 运行经济. 其 缺点是热量较小;

受汽车运行工况的影响, 发动机 停止运行时, 即没有暖气提供. 2.1.2 独立热源式采暖系统 独立热源式采暖系统和余热式采暖系统不同之 处, 在于其热源由另外的内燃机在燃烧室里燃烧汽 油、 煤油、 柴油等燃料,将产生的热量输送到车内, 而燃烧的废气则排放到大气中. 独立热源加热 系统分为独立热源气暖式和独立热源水暖式加热系 统2种. 2.1.2.1 独立热源气暖式采暖系统的组成与工作原理 这种系统由燃烧室、热交换器、空气供给系统、 燃油供给系统和控制系统5个部分组成. 当加热器中的电动机接通电源后开始运转, 带 动两个风扇、 油泵、 雾化器等工作, 并将油通过油 管送到雾化杯 (或喷油嘴). 雾化杯上的油与助燃 空气混合, 形成可燃混合气. 此混合气被预热电热 塞 (或高压 电弧点火器)点燃,着火几秒钟(如

3 s) 后, 点火器断电, 由已燃烧的火焰点燃不断输 入的可燃混合气, 使燃烧工况保持正常. 燃烧气体 通过通道进入热交换器夹层, 而被风机吸入的冷空 气在热交换器中吸收燃气释放的大量热量, 变成热 空气从出风口送向车厢和其他需加热的空间. 2.1.2.2 独立热源水暖式采暖系统的组成与工作原理 独立热源水暖式加热装置的工作原理与气暖式 基本相同, 其加热的不是空气而是水, 用水泵代替 了风扇.........