大客車空調(diào)設(shè)計論文.doc

沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第1頁1緒論制冷和空調(diào)并非是近世紀(jì)的發(fā)明。早在12000多年以前，一些簡單形式的制冷和空調(diào)就已經(jīng)開始使用。盡管這些系統(tǒng)按今日的標(biāo)準(zhǔn)看是粗糙的，但它們確實(shí)起到了與現(xiàn)代裝置相同的作用。汽車空調(diào)出現(xiàn)于1940年，但直至1960年才開始普及。從那時起，對汽車空調(diào)的興趣一直持續(xù)上升?？照{(diào)現(xiàn)在已是最普及的汽車附件之一。汽車空調(diào)，即汽車空氣調(diào)節(jié)的簡稱，即采用人工制冷和采暖的方法，調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等參數(shù)指標(biāo)，從而為人們創(chuàng)造清新舒適的車內(nèi)環(huán)境。1.1汽車空調(diào)業(yè)的發(fā)展歷程汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展是從低級到高級，由功能簡單向功能齊全方向發(fā)展的，其發(fā)展過程可以概括為以下五個階段：第一階段：單一供暖，即利用房間取暖的方法的汽車空調(diào)。1925年首先在美國出現(xiàn)利用汽車?yán)鋮s液通過加熱器的方法取暖。到1927年發(fā)展到具有加熱器、鼓風(fēng)機(jī)和空氣濾清器等比較完整的供熱系統(tǒng)。目前在寒冷的北歐、亞洲北部地區(qū)，汽車空調(diào)仍然使用單一供暖第統(tǒng)。第二階段：單一制冷的汽車空調(diào)。1939年，由美國通用汽車帕克公司（PACKARD）首先在轎車上安裝機(jī)械冷降溫的空調(diào)器，成為汽車空調(diào)的先驅(qū)。目前在熱帶、亞熱帶地區(qū)，汽車空調(diào)仍然使用單一冷系統(tǒng)。如廣東、海南島使用的空調(diào)出租汽車，大部只有制冷降溫功能。第三階段：冷暖一體化的空調(diào)。1954年美國通用汽車公司，首先在納什轎車上安裝了冷暖一體化的空調(diào)器，汽車空調(diào)才基本上具有了調(diào)節(jié)控制車內(nèi)溫度、濕度的功能。隨著汽車空調(diào)技術(shù)的改進(jìn)，目前冷暖一體體的空調(diào)基本上具有降溫、除濕、通風(fēng)、過濾和除霜等功能。第四階段：自動控制的汽車空調(diào)。冷暖一體汽車空調(diào)需要人工操縱，增加了駕駛員的工作量，同時控制質(zhì)量也不太理想。1964年美國通用公司將自動控制的汽車空調(diào)安裝在凱迪拉克轎車上。這種自動空調(diào)裝置只要預(yù)先設(shè)置好溫度，機(jī)器就能自動地沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第2頁在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)工作，達(dá)到調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣的目的。第五階段：微型計算機(jī)的汽車空調(diào)。1973年美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司一起聯(lián)合研究微型計算機(jī)控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)，1977年同時安裝在各自生產(chǎn)的汽車上。微型計算機(jī)控制的汽車空調(diào)增加了顯示數(shù)字化，冷、暖、通風(fēng)三位一體化。微型計算機(jī)根據(jù)車內(nèi)外的環(huán)境條件，控制空調(diào)器的工作，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)運(yùn)行與汽車運(yùn)行的相關(guān)統(tǒng)一，極大地提高了調(diào)節(jié)效果、節(jié)約了燃料，從而提高了汽車的整體性能和最佳的舒適性。目前微型計算機(jī)控制的汽車空調(diào)裝在高級汽車上，如福特公司的林肯、豐田汽車公司的凌志、本田汽車公司的雅閣和三菱大客車等。1.2我國汽車空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀在20世紀(jì)60年代，我國曾經(jīng)有利用汽車發(fā)動機(jī)排出的高溫廢氣來取暖的供熱系統(tǒng)，并在工作6070年代生產(chǎn)的北京吉普和北方的一些長途客車上應(yīng)用。1976年以來，上海、南京、廣東等地開始生產(chǎn)汽車空調(diào)設(shè)備，但這些產(chǎn)品大多是為轎車配套的。20世紀(jì)80年代初期，我國從日本購進(jìn)降溫汽車空調(diào)。20世紀(jì)80年代中后期，我國第一汽車制造廠以及上海、北京、湖南、廣州、佛山等地分別從日本、德國引進(jìn)先進(jìn)的空調(diào)生產(chǎn)線和空調(diào)技術(shù)，使我國的汽車空調(diào)技術(shù)接近世界水平，為我國汽車空調(diào)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。我國現(xiàn)在主要汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家20多家，其中絕大部分都引國外技術(shù)生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備，還有些是中外合資企業(yè)，國內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)與國外的差距正在逐漸縮小。從市場上占有情況上看，由于大多數(shù)空調(diào)的生產(chǎn)未具規(guī)?；?，加上汽車空調(diào)種類繁多，國內(nèi)汽車空調(diào)銷售市場僅為幾家所壟斷。其中上海德爾福汽車空調(diào)系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的愛斯牌汽車空調(diào)為別克、帕薩特、桑塔納、捷達(dá)、富康、切諾基等車型配套；杰克賽爾汽車空調(diào)有限公司生產(chǎn)的空調(diào)主要為奧迪、紅旗轎車及解放牌重、中、輕型車配套；湖北沙市電工儀表集團(tuán)生產(chǎn)為東風(fēng)汽車公司、神龍富康汽車公司配套的載貨車空調(diào)和富康轎車空調(diào)；廣州豪華空調(diào)器有限公司生產(chǎn)海南馬自達(dá)、奧拓、廣州本田、長安之星配套的車空調(diào)。隨著我國汽車配件市場的逐步放開，國內(nèi)汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家面臨國外汽車空調(diào)專業(yè)生產(chǎn)廠家的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此國內(nèi)汽車空調(diào)生產(chǎn)如何走上專業(yè)化、規(guī)?；?jīng)營之路，將成為我國未來幾年汽車空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問題。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第3頁1.3汽車空調(diào)的發(fā)展方向當(dāng)前,從市場需求方面看,汽車空調(diào)裝置應(yīng)進(jìn)一步降低成本,提高燃油經(jīng)濟(jì)性；從制造方面看，隨著車廂地板的降低以及車輛向大型化、高級化發(fā)展，需進(jìn)一步提高汽車空調(diào)各組成裝置的緊湊性和效率；從乘員和駕駛員方面看，車內(nèi)溫度要合理分布、設(shè)備操作要簡便，空調(diào)裝置應(yīng)向全季節(jié)型發(fā)展。日趨自動化早期的汽車空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)出風(fēng)系統(tǒng)、冷氣系統(tǒng)和暖氣系統(tǒng)彼此間互相獨(dú)立，因而它們的控制系統(tǒng)也自成一體，且汽車空調(diào)都是手動控制，僅憑人的感覺來調(diào)節(jié)開關(guān)，因而溫度、濕度及風(fēng)量很難控制。近年來，隨著電子計算機(jī)的普及并逐步應(yīng)用到汽車空調(diào)系統(tǒng)，使得空調(diào)系統(tǒng)的控制效果日趨完善，空調(diào)設(shè)備的性能也越來越高。使用這種空調(diào)系統(tǒng)能進(jìn)行全天候的空氣調(diào)節(jié)，集制冷、采暖、通風(fēng)于一體。在人為設(shè)定的最佳溫度、濕度及風(fēng)量的情況下，該系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)人員數(shù)量及其他情況的變化進(jìn)行多檔位、多模式的微調(diào)，從而達(dá)到設(shè)定的最佳值，使車內(nèi)始終保持舒適的人工氣候環(huán)境，同時可進(jìn)行故障自動診斷和數(shù)字顯示，從而縮短其檢修和準(zhǔn)備時間。提高舒適性當(dāng)前不少汽車的空調(diào)系統(tǒng)的制冷和采暖是各自獨(dú)立的系統(tǒng)。每當(dāng)梅雨季節(jié)，車窗玻璃上常常蒙上霧氣，若要去掉霧氣，必須起動冷氣裝置，但這樣會使車內(nèi)太冷。為了克服此缺點(diǎn)，目前正在開發(fā)一種全季節(jié)型的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有換氣、采暖、除濕、制冷等功能，夏天由發(fā)動機(jī)驅(qū)動制冷系統(tǒng)，冬天由加熱器制熱采暖，過渡季節(jié)則采用制冷與采暖混合吹出溫和進(jìn)行除濕，使車廂內(nèi)換氣情況達(dá)到最佳狀態(tài)。高效節(jié)能、小型輕量化要進(jìn)一步降低空調(diào)重量和外形尺寸，必須提高警惕各組成裝置的結(jié)構(gòu)緊湊性和效率。在壓縮機(jī)方面，以往的空調(diào)系統(tǒng)多采用斜板式壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)制冷能力相對較低，性能系數(shù)和容積效率也相對較小。為了提高壓縮機(jī)性能，現(xiàn)已使用制冷效率高的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)和三角轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)。在冷凝器和蒸發(fā)器方面，管片換熱器已逐漸被管帶式換熱器取代。而目前散熱性能更佳，結(jié)構(gòu)更為緊湊的平行流冷凝器和層疊式蒸發(fā)器又有取代管帶式換熱器的趨勢。在制冷管路方面，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計使管路結(jié)構(gòu)更為合理，并在管路上裝配防振橡膠鞋塊以防共振等。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第4頁向環(huán)保型汽車空調(diào)發(fā)展目前所使用的汽車空調(diào)制冷劑R12對大氣臭氧層有一定的破壞作用，根據(jù)“蒙特利爾議定書”規(guī)定，發(fā)達(dá)國家1966年開始禁用R12，發(fā)展中國家2006年完全禁用R12。因此世界各國都在積極研制一種更適合環(huán)境保護(hù)的新型制冷劑。目前世界各國一致辭公認(rèn)R134a是R12的首選替代物，并基本上解決了空調(diào)系統(tǒng)的匹配和材料等一系列問題。采用空調(diào)新技術(shù)空調(diào)制冷方式有許多種，目前應(yīng)用于汽車空調(diào)的制冷方式全部為蒸汽壓縮式。其他制冷方式，如吸收式、吸附式、蒸氣噴射式、空氣壓縮式等，很少在汽車空調(diào)上采用。但利用發(fā)動機(jī)的余熱來驅(qū)動制冷系統(tǒng)是一個理想的節(jié)能方案，所以世界各國都在研究這種新技術(shù)。成果有氫他物汽車空調(diào)系統(tǒng)、固體吸附制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)、吸收式汽車空調(diào)系統(tǒng)、二段式制冷循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng)。這里不進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。1.4汽車空調(diào)的功能和特點(diǎn)1.4.1汽車空調(diào)的功能由生活中可知道，汽車空調(diào)的功能是調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等。調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度是汽車空調(diào)的基本功能，在夏季人感到舒適的溫度是2228，冬季是1618。溫度低于14，人會感覺到“冷”，溫度越低，手腳動作就會越僵硬，駕駛員將不能靈活操作。溫度超過28，人就會覺得燥熱，精神集中不起來，思維遲鈍，容易造成交通事故。超過40,則稱為為害溫度，將對人體健康造成損害。另外，人體面部所需求的溫度比足部略低，即要求“頭涼足暖”，溫差大約為2。汽車空調(diào)的第二個功能是調(diào)節(jié)車室內(nèi)的濕度。普通汽車空調(diào)一般不具備這種功能，只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調(diào)器，才能對車內(nèi)的濕度進(jìn)行適量調(diào)節(jié)。它通過制冷裝置冷卻降溫去除空氣中的水分，再由采暖裝置升溫以降低空氣的相對濕度。人覺得舒適的相對濕度夏季是50%60%,冬季是40%50%。在這種濕度環(huán)境中，人會覺得心情舒暢。汽車空調(diào)的第三個功能是調(diào)節(jié)車室內(nèi)的空氣流速。人在流動的空氣中比在靜止的空氣中要舒適，這是因?yàn)榱鲃拥目諝饽艽龠M(jìn)人體內(nèi)外散熱。所以，空氣流速是汽車空沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第5頁氣調(diào)節(jié)的重要內(nèi)容之一?？諝饬魉僭?.2m/s以下為好，并且以低速變動為佳。汽車空調(diào)的第四個功能是過濾凈化空氣。由于車內(nèi)空間小，乘員密度大，全封閉空間的空氣極易產(chǎn)生缺氧和二氧化碳濃度過高的情況；汽車發(fā)動機(jī)廢氣中的一氧化碳和道路上的粉塵都易進(jìn)入車內(nèi)，造成車內(nèi)空氣渾濁，嚴(yán)重影響乘員的身體健康，因此必須對車內(nèi)空氣進(jìn)行交貨處理。1.4.2汽車空調(diào)的特點(diǎn)汽車直接暴露在太陽下或風(fēng)雪下，隔熱措施困難；汽車在行駛時有大量風(fēng)沙、廢氣從各種縫隙鉆入車廂內(nèi)，造成車廂內(nèi)的空氣污染并增加熱負(fù)荷；汽車的行駛速度變化無常，難以保證穩(wěn)定的空調(diào)工況等。所以汽車空調(diào)的工作環(huán)境比房間空調(diào)器要惡劣得多。因此，汽車空調(diào)應(yīng)比一般房間空調(diào)具有更高的技術(shù)性能和工作可靠性。具體要求如下：汽車空調(diào)應(yīng)保證在任何條件下，車廂內(nèi)部都具有舒適的溫度范圍和氣流平均速度。汽車空調(diào)的控制機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)要靈活、方便、可靠。汽車空調(diào)的零部件要求可靠、體積小、重量輕、安裝維修方便。汽車空調(diào)應(yīng)具有快速制冷和快速采暖的能力。汽車空調(diào)冷氣裝置工作時，對汽車發(fā)動機(jī)的動力消耗、燃油消耗、加速和爬坡性能的影響應(yīng)盡可能小。汽車空高在汽車上的結(jié)構(gòu)布局要緊湊合理。零件安裝要有防振措施，保證汽車空調(diào)在劇烈顛簸振動條件下能可靠地工作。1.5汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與分類1.5.1汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成汽車安裝空調(diào)的目的是為了調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣的溫度、濕度，改善車內(nèi)空氣的流動，并且提高空氣的清潔度。因此汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：制冷裝置（系統(tǒng)）：對車內(nèi)空氣或由外部進(jìn)入車內(nèi)的新鮮空氣進(jìn)行冷卻或除濕，使車內(nèi)空氣變得涼爽舒適。暖風(fēng)裝置：主要用于取暖，對車內(nèi)空氣或由外部進(jìn)入車內(nèi)的新鮮空氣進(jìn)行加沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第6頁熱，達(dá)到取暖、除濕的目的。通風(fēng)裝置：將外部新鮮空氣吸進(jìn)車內(nèi)，起通風(fēng)和換氣作用。同時通風(fēng)對防止風(fēng)窗玻璃起霧也起良好作用。加濕裝置：在空氣濕度較低的時候，對車內(nèi)空氣加濕，以提高車內(nèi)空氣的相對濕度?？諝鈨艋b置：除去車內(nèi)空氣的塵埃、臭味、煙氣及有毒氣體，使車內(nèi)空氣變得清潔。將上述各部分全部或部分有機(jī)的組合在一起安裝在汽車上，便組成了汽車空調(diào)系統(tǒng)。在一般的轎車和客、貨車上，通常只有制冷裝置、暖風(fēng)裝置和通風(fēng)裝置，在高級轎車和高級大客車上，才有加濕裝置和空氣凈化裝置。1.5.2汽車空調(diào)系統(tǒng)的分類按驅(qū)動型式分類汽車空調(diào)系統(tǒng)可分為非獨(dú)立式汽車空調(diào)系統(tǒng)和獨(dú)立式汽車空調(diào)系統(tǒng)。非獨(dú)立式汽車空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)制冷壓縮機(jī)由汽車本身的發(fā)動機(jī)驅(qū)動，汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能受汽車發(fā)動機(jī)工況的影響較大，工作穩(wěn)定性較差。尤其是低速時制冷量不足，而在高速時制冷量過剩，并且消耗功率較大，影響發(fā)動機(jī)的動力性。這種類型的汽車空調(diào)系統(tǒng)一般多用于制冷量相對較小的中、小型客車上。獨(dú)立式車空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)制冷壓縮機(jī)由專用的空調(diào)發(fā)動機(jī)驅(qū)動，因此汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能不受汽車主發(fā)動機(jī)的工況影響，工作穩(wěn)定、制冷量大，但由于加裝了一臺發(fā)動機(jī)，不僅成本增加，而且體積和質(zhì)量也增加。這種類型的汽車空調(diào)多用于大、中型客車上。按結(jié)構(gòu)型式分類汽車空調(diào)可分為整體式空調(diào)、分體式空調(diào)以及分散式空調(diào)。整體式空調(diào)的將發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器通過傳動帶、管道連接成一個整體，安裝在一個專用機(jī)架上，構(gòu)成一個獨(dú)立的總成，由副發(fā)動機(jī)帶動，通過車內(nèi)通風(fēng)管將風(fēng)送入車內(nèi)。分體式空調(diào)是將壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器以及獨(dú)立式空調(diào)的副發(fā)動機(jī)部分或全部分開布置，用管道聯(lián)成一個制冷系統(tǒng)。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第7頁分散式空調(diào)是將蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)等各部件分散安裝在汽車和各個部位，并用管道相聯(lián)接。轎車、中小型客車及貨車都采用這種結(jié)構(gòu)形式。另外，按照蒸發(fā)器的布置方式分類還可將汽車空調(diào)分為儀表臺板式空調(diào)、頂置式空調(diào)；按蒸發(fā)器和冷凝器的數(shù)量的不同分類，汽車空調(diào)可分為單蒸單冷式、單蒸雙冷式、雙蒸單冷式、雙蒸雙冷式。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第8頁2汽車空調(diào)的工作原理2.1汽車空調(diào)的制冷原理汽車空調(diào)制冷原理主要有三個要點(diǎn)：液體變成氣體時，需要吸收大量的熱量，熱量被吸收而溫度隨之降低。溫度的變化不僅與物體內(nèi)所含熱量的大小有關(guān)，而且與物體的體積、質(zhì)量有關(guān)。物體熱量的自然傳遞，只能從高溫物體向低溫物體傳遞，即高能向低能傳熱。汽車?yán)錃庀到y(tǒng)設(shè)計是利用制冷蒸發(fā)時需吸收蒸發(fā)潛熱的基本原理。制冷劑從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時會吸收熱量，該過程是在蒸發(fā)器中發(fā)生的，蒸發(fā)器位于乘客車廂內(nèi)，其作用是吸走熱量。制冷劑從氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時需要放出熱量，這個過程是在冷凝器中進(jìn)行的。如圖2.1所示。高壓側(cè)低壓側(cè)排氣管冷凝器風(fēng)扇高壓液管儲液干燥器膨脹閥壓縮機(jī)低壓液管吸氣管感溫包鼓風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器圖2.1汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理汽車空調(diào)壓縮機(jī)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（非獨(dú)立式空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)由汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動，獨(dú)立式空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)由單獨(dú)的發(fā)動機(jī)提供動力）。由壓縮機(jī)排出的高溫、高壓制冷劑蒸氣，通過高壓軟管進(jìn)入汽車空調(diào)的冷凝器。由于高溫、高壓的制冷劑蒸氣溫度高于車外的空氣溫度，因此借助冷凝器風(fēng)扇使冷凝器中的制冷劑蒸氣的熱量被車外帶走，使高溫、高壓的制冷劑蒸氣冷凝成為較高溫度的高壓液體，通過高壓軟管流入儲液干燥器，經(jīng)干燥和過濾后，流過膨脹閥。在膨脹閥的節(jié)流作用下，制冷劑變成低沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)第9頁溫、低壓的液體而進(jìn)入汽車空調(diào)的蒸發(fā)器，在定壓下汽化并吸收蒸發(fā)管外空氣中的熱量，使流經(jīng)蒸發(fā)器的車內(nèi)循環(huán)空氣的溫度降成為冷氣，通過鼓風(fēng)機(jī)送入車內(nèi)，降低車內(nèi)的空氣溫度。氣化后的制冷劑蒸氣，由壓縮機(jī)吸入進(jìn)行壓縮，又變成高溫、高壓的氣體，通過高壓軟管壓入汽車空調(diào)的冷凝器，完成了汽車空調(diào)的制冷循環(huán)。此循環(huán)周而復(fù)始