汽車空調的結構原理

1、2汽車空調的結構原理汽車空調的組成結構按其功能可有：制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、分配通風系統(tǒng)、 空氣凈化系統(tǒng)和調節(jié)控制系統(tǒng)五大部分。2.1 汽車空調制熱系統(tǒng)原理加熱系統(tǒng)也稱為采暖系統(tǒng)。汽車空調的采暖裝置按熱量來源可分為余熱式 和獨立式兩類。余熱式采暖是利用汽車發(fā)動機工作時產生的剩余熱量采暖，它 又分為水暖式和氣暖式兩種。為了節(jié)省能源，大多數(shù)汽車空調采暖使用發(fā)動機循環(huán)冷卻水即水暖式。在 制暖時，空調壓縮機、冷媒體等制冷系統(tǒng)部件不參加工作，熱能來源于汽車發(fā) 動機冷卻水。發(fā)動機的熱量以傳導方式被冷卻液吸收，流動的高溫冷卻液進入 加熱器，使加熱器得到加溫，低溫空氣流經加熱器，空氣被加熱，達到制熱的 目的。（而

2、有的柴油車由于水溫上升慢，為了一發(fā)動車就能享受到暖風，所以在 暖風機里面加有電熱絲）制熱系統(tǒng)的部件有：加熱器、節(jié)溫器、水泵、散熱器、 熱水閥、等等。2.2 汽車空調分配通風系統(tǒng)空氣分配主要是利用空氣分配箱，其原理參見圖 2-1 所示?？諝夥峙湎涞?結構大同小異，與空氣分配箱連接的是空氣輸送（送風）機構，它主要由送風 道（或通風軟管）和通風口等部件組成。汽車空調器要滿足向乘員頭部、足部、左右方向送出冷風、熱風或新風， 以及風窗送風除霜除霧，所以有一套比較復雜的風門控制系統(tǒng)?？諝廨斔蜋C構 的構造與分布因車而異。朝向除帝器噴嘴前部除霜暮噴嘴翻向除痢器噴味集向通疏孔 6 中央通風孔偏向逋風孔 啟通風孔

3、心b- * d為手動控制茸板工i-a為自動控闔擋板圖2-1空氣分配箱(空調總成)的工作原理ofFigure 2-1 air distribution box (air conditioning assembly) principle work通風一般分為自然通風和強制通風。自然通風是利用汽車行駛時，根據車外所產生的風壓不同，在適當?shù)牡胤? 開設進風口和出風口來實現(xiàn)通風換氧。強制通風是采用鼓風機強制空氣進入和 流動的方式，這種方式在汽車行駛時，常與自然通風一起工作。通風將外部新鮮空氣吸進車室內，起通風、換氣和調濕作用。同時，通風 造成室內空氣流動，對防止風窗玻璃起霧也起著良好作用。如果通風口阻塞

4、， 車窗玻璃上可能出現(xiàn)霧氣。2.3 空氣凈化系統(tǒng)空氣凈化系統(tǒng)一般由鼓風機、空氣過濾器、殺菌器、負氧離子發(fā)生器和進、 出風口等組成。作用是使車廂內空氣保持清新潔凈?？諝鈨艋绞接羞^濾式和靜電集塵式兩種。在一些高級轎車上，除了使用 以上的除塵方法外，還裝用了負氧離子發(fā)生器，以增加空氣中負離子含量，改 善車內空氣質量，提高舒適性，使車內空氣更加清新潔凈，利于人體健康。過濾式空氣凈化方式是在空調系統(tǒng)的進風口和回風口設置濾清器，它具有2-2所示圖2-2空氣過濾裝置Figure 2-2 air filter device結構簡單、工作可靠的優(yōu)點，但功能不全面，其基本結構原理參見圖集塵式空氣凈化方式是在過濾

5、器裝置的基礎上再增設一套靜電除塵裝置。 靜電除塵裝置通過輝光放電使空氣中的塵埃粒子帶電，將帶電粒子吸附在集塵 靜電集板上，并由滅菌燈發(fā)出紫外線，對吸附在集塵板上的塵埃進行照射，將 其中的細菌殺死，除塵后的空氣被強制通過活性炭過濾器，將其中的煙塵和臭 味濾除，用以對引入的空氣進行過濾，不斷排出車內的污濁氣體，保持車內空 氣清潔。2.4 空調的制冷系統(tǒng) 汽車空調制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、干燥器、膨脹閥等部件組成如圖2-3所示。6圖2-3空調的結構組成Figure 2-3 air-conditioning structure1-蒸發(fā)器；2-壓縮機3-冷凝器；4-干燥器；5-膨脹閥2.4.

6、1 制冷原理物質的三種形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)會相互轉化，稱為相變。汽車空調 所采用的蒸汽壓縮式制冷就是利用液體制冷劑汽化，發(fā)生相變吸熱來產生冷效 應。當壓縮機工作時，壓縮機吸入從蒸發(fā)器出來的低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，經 壓縮，制冷劑的溫度和壓力升高，并被送入冷凝器。在冷凝器內，高溫高壓的 氣態(tài)制冷劑把熱量傳遞給經過冷凝器的車外空氣而液化，變成液體。液態(tài)制冷 劑流經節(jié)流裝置時，溫度和壓力降低，并進入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內，低溫低壓 的液態(tài)制冷劑吸收經過蒸發(fā)器的車內空氣的熱量而蒸發(fā)，變成氣體。氣體又被 壓縮機吸入進行下一輪循環(huán)。這樣，通過制冷劑在系統(tǒng)內的循環(huán)，不斷吸收車 內空氣的熱量并排到車外空氣中，使

7、車內空氣的溫度逐漸下降如圖2-4所示從制冷系統(tǒng)的工作過程中，我們可以看出：制冷劑在系統(tǒng)里不斷循環(huán)流動, 每一循環(huán)包括四個過程：壓縮過程、冷凝過程、節(jié)流過程、蒸發(fā)過程1）壓縮過程當壓縮機工作時，吸入從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氣態(tài)制冷劑，經過壓縮后 變成高壓高溫的氣態(tài)制冷劑，并排入冷凝器。2）冷凝過程在冷凝器，制冷劑與車外空氣進行熱交換。由于制冷劑的溫度比車外空氣 高，所以高壓高溫的氣態(tài)制冷劑放出熱量，并把熱量通過冷凝器傳遞給流經冷 凝器的車外空氣，而自身冷凝變成高壓高溫的液態(tài)制冷劑，并流到節(jié)流裝置。3）節(jié)流過程在節(jié)流裝置，高壓高溫的液態(tài)制冷劑變成低壓低溫的液態(tài)制冷劑，并進入 蒸發(fā)器。4）蒸發(fā)過程在蒸

8、發(fā)器，制冷劑與車內空氣進行熱交換。由于制冷劑的溫度比車內空氣 低，低壓低溫的液態(tài)制冷劑吸收流經蒸發(fā)器的車內空氣熱量，而自身蒸發(fā)變成韓發(fā)浦常風O O OFiiJrIlli"".I I iT|低壓低溫的氣態(tài)制冷劑。Q Ml 1*電，H 14k! I"狀胡常扁也單機iCT4車酬內空/乙，風機均達：用冉空氣r、丸蚪黑務回c翡此分灰鴕跳在卻同鼠frl h> iillirilibiriinivltivil >l utrilpaFiair IrriaHa ia|f iri-iaiiilTTi ji .r口口盯口口十|1-11 !il i' all I hnF

9、 I I i I LI Lfc II bl j -14 I !j冷凝器structure diagram圖2-4汽車空調的結構原理圖Figure 2-4 automobile air-conditioning2.4.2 壓縮機壓縮機（Compressor）!汽車空調系統(tǒng)的主要部件之一，是空調制冷系統(tǒng)的心 臟，它是制冷系統(tǒng)中低壓和高壓、低溫和高溫的轉換裝置。壓縮機的功用是： 一方面使壓縮機進口處成低壓狀態(tài)，使蒸發(fā)器攜帶潛熱（包括吸收了車室內熱 量）的制冷劑流出蒸發(fā)器，這種低壓狀態(tài)可使制冷劑進入蒸發(fā)器；另一方面使 低壓氣態(tài)制冷劑壓縮成高壓氣態(tài)制冷劑。壓縮機的這兩個功能只要有一個失效 就會導致空調系

10、統(tǒng)內的制冷劑無法循環(huán)，空調系統(tǒng)將工作不良或一點都不制冷?？照{系統(tǒng)的壓縮機，工作時吸氣閥吸入制冷劑，壓縮后從排氣閥排出。壓 縮機的形式有：曲軸連桿式壓縮機、翹板活塞壓縮機、回轉斜盤活塞壓縮機、 旋轉葉片壓縮機等。作為第二代的軸向型壓縮機（搖盤式和斜盤式壓縮機）一直是汽車空調壓 縮機的主導產品，約占所有壓縮機產品的 70%,隨著技術的不斷進步，軸向型 壓縮機不但可以做到小型輕量化。而且，最高轉速可達 10000r/min以上。特別 是軸向型壓縮機率先實現(xiàn)了無級可變排量控制，受到汽車制造商的歡迎，現(xiàn)在 新生產的乘用車已全部采用斜盤變排量無級控制的壓縮機。a變排量壓縮機1）變排量壓縮機的基本工作原理把

11、斜盤與壓縮機主軸的角度變成可調時回轉斜盤式壓縮機就變成了變排量 空調壓縮機。變排量空調壓縮機能夠實現(xiàn)自行調節(jié)最關鍵的控制部件是位于壓縮機尾端 的控制閥或閥組，它通過感受壓縮機進、出口端的壓力，來控制作用在搖板上 活塞后部的壓力，從而實現(xiàn)控制搖板角度和活塞行程，達到控制改變壓縮機的 輸出排量，這種控制是一種動態(tài)平衡控制。當空調系統(tǒng)被啟動后，只要制冷劑的壓力處于工作范圍之內，空調壓縮機 就在控制閥的控制下，不斷地調整排量使之與壓縮機吸入制冷劑熱負載平衡， 使得整個壓縮機的工作過程順暢圓滑，不存在周期性變化的工作循環(huán)。發(fā)動機 也不會因為電磁離合器的周期性離合接觸而不斷地調整發(fā)動機轉速，這一點大 大地

12、提高了制冷系統(tǒng)的除濕能力，對發(fā)動機的燃油經濟性的提高和乘坐舒適性 等都十分有利。在實際構造上，可變排量控制閥本身同可變斜盤之間并沒有直接的機械聯(lián)系，真正造成斜盤角度的變化是由于加在所有活塞上制冷劑不同狀態(tài)壓力的動 態(tài)平衡。當壓縮機主軸高速旋轉時，所有活塞的工作狀態(tài)是不一致的，有的處 于吸氣行程，有的處于排氣行程或者壓縮行程。吸氣行程的活塞運動造成了活 塞頂部的曲軸箱吸入壓力較低，反之壓縮和排氣行程的活塞運動造成了其頂部 的曲軸箱供給壓力明顯升高。所有活塞的連桿被均勻地較接在斜盤周邊上，所 有活塞頂部受到作用力的合力是促使斜盤改變其傾斜角度的真正動力。當加在 蒸發(fā)器上的熱負載發(fā)生變化的情況下，可

13、變排量控制閥芯的移動促使曲軸箱的 供給壓力和吸入壓力之間發(fā)生一系列連續(xù)平衡。平衡的結果使得所有活塞所受 到合力通過連桿組傳送到與之校接的斜盤上，于是斜盤在力的作用下就產生了 角度傾斜變化，這種變化反過來又促使了活塞的有效工作行程，造成了壓縮機 的排量變化。總之，只要曲軸箱吸入壓力和供給壓力的壓差略有變化，就足以 產生一個力推動斜盤的傾斜角度發(fā)生變化。2) V-5變排量壓縮機的結構原理“¥5”中的“V裳示可變排量壓縮機；”索示壓縮機內采用5活塞的布置方 式如圖2-5所示。實現(xiàn)可變排量是因V-5機的搖板和傳動板能與主軸傾斜成某一范圍內的任 意角，從而改變了壓縮機的排量。斜盤的傾斜角度由位

14、于壓縮機尾部的可變排量控制閥控制。 排量的改變是依靠搖板箱壓力的改變來實現(xiàn)的。調節(jié)搖板箱壓力是靠位于壓縮機后端的控制閥來實現(xiàn)的如圖2-6所示。圖2-5 Harrison V-5變排量壓縮機Figure 2-5 Harrison V - 5 variable displacement compressors屬AM曲柏鄴。蕈口抹氣可與假箝帶口曲粒班M 打氣E川刎霜L艮齪典Figure 2-6V - 5 variabledisplacement compressors structureih i弗£大MiH行利打出；Wifi 粕巾也圖2-6 V-5變排量壓縮機結構圖圖2-7變排量壓縮機的平

15、面圖Figure 2-7 variable displacement compressors plan當吸氣側壓力低于設定值時，波紋管收縮，針閥下落，彈簧及高壓側壓力把鋼球推向球座，將球座下連接高壓側氣體與搖板箱氣體的通道 A封死，阻止 了高壓側氣體通向搖板箱。與此同時，從低壓側到搖板箱的通道 B打開，使部 分搖板箱氣體通向吸氣側，降低了搖板箱壓力，作用在活塞一側的力使搖板移向增加排量的位置，如圖2-8所示。反之，當吸氣壓力升高超過控制點地，波紋管膨脹（靠彈簧力），把鋼球向 上推，使之離開球座。這樣，高壓氣體就通過控制閥組進入搖板箱，增大了活塞背面的壓力，使搖板的傾角減小，從而減小排量，如圖

16、2-9所示圖2-8斜盤傾角增大（活塞行程增大）Figure 2-8 inclined dish Angle increases (piston stroke)（a）降低斜盤箱壓力的閥位置（b）增大行程所需之力圖2-9 斜盤傾角減?。ɑ钊谐虦p?。〧igure 2-9 inclined dish Angle (piston stroke decrease)圖2-10 V-5變排量壓縮機的分解圖Figure 2-10 v5-Variable displacement compressors decomposition of the figure1-壓縮機后蓋；2-O形控制閥；3-后墊；4-閥門盤；

17、5-簧片；6-離合器線圈；7-卡環(huán)；8-驅動盤離合器；9-皮帶輪軸承；10-離合器；11-軸端螺母；12-卡環(huán)；13-軸密封；14-軸密 封環(huán)；15-壓縮機殼體；16-壓縮機控制閥；17-壓力釋放閥；18-卡環(huán)；19-皮帶輪；20-卡 螺栓；21-墊片；22-密封圈；23-活塞器；24-后蓋O形環(huán)；25-墊片；26-墊片；27-軸承；28-放油塞；29-離合器和沖頭板；30-壓縮機油；31-壓力釋放閥。環(huán)3) DCW-17變排量壓縮機的結構原理DCW-17壓縮機的控制閥采用由兩套波紋管和推桿組成的二級結構。第一 級波紋管由低壓壓力作用使其伸縮，第二級由高壓壓力作用使其伸縮。當高壓 壓力低于某一

18、數(shù)值時，第二級波紋管會伸長，通過推桿來壓縮第一級波紋管。當高壓和低壓逐漸升高時，第一級波紋管收縮使控制閥的閥門打開，搖擺 室中部分氣體流出，搖擺室內壓力下降，搖板傾角變大，排量也變大。當高壓 和低壓逐漸降低時，第一級波紋管開始伸長，閥門打開度變小，對搖擺室流出 氣體進行限制，搖擺室內壓力開始變高，搖板傾角變小，排量也變小。當制冷 負荷再變小而高壓低于某一數(shù)值時，第二級波紡管伸長，使壓縮機排量進一步減小如圖2-11所示Figure 2-11 Variable displacement compression structure diagram of DCE-17type值得一提的是，壓縮機的旋轉

19、軸是通過磁性離合器及皮帶與發(fā)動機曲軸相 連取得動力的。當裝在蒸發(fā)器出風口的傳感器感知出風的溫度不夠低時，它就 會通過電路使壓縮機的磁性離合器閉合，這樣壓縮機隨發(fā)動機運轉，實現(xiàn)制冷。 而當出風溫度低于設定的溫度，它則控制磁性離合器切離，這樣壓縮機不工作。 如果這一控制失靈，那么壓縮機將不斷工作，使蒸發(fā)器結冰造成管道壓力超標， 最終破壞系統(tǒng)甚至造成損壞汽車空調制冷系統(tǒng)中的冷凝器是熱的交換設備，如圖 2-13所示冷凝器管道 成蛇形狀，管上密布著散熱片，散熱片由薄的鋁合金片做成，整個冷凝器制成 長方形的框架，用螺栓固定在車體上，形狀與發(fā)動機的散熱器相似，它的管道 一般采用鋁合金，也有采用銅管的。為了提

20、高散熱效果，冷凝器寬而薄。制冷 過程中其作用是使從壓縮機排除的高溫、高壓制冷劑蒸汽在冷凝器中得到液化 或冷凝，并把熱量散發(fā)到車外空氣中，從而使其凝結為高壓制冷劑液體。汽車 空調系統(tǒng)冷凝器的結構形式主要有管片式、管帶式、鰭片式等幾種。圖2-12冷凝器圖Figure 2-12 condenser1） 管片式它是汽車空調中早期采用的一種冷凝器，制造工藝簡單，由銅質或鋁質 圓管套上散熱片組成。片與管組裝后，經脹管法處理，使散熱片脹緊在散熱管 上。這種冷凝器散熱效果較差，一般用在大中型客車的制冷裝置上。2） 管帶式它是由多孔扁管彎成蛇管形，并在其中安置散熱帶后焊接而成。管帶式冷 凝器的散熱效果比管片式冷

21、凝器好一些（一般高 15%左右），但工藝復雜，焊接 難度大，且材料要求高。一般用在小型汽車的制冷裝置上。3） 鰭片式它是在扁平的多通管道表面直接銳出鰭片狀散熱片，然后裝配成冷凝器。 由于散熱鰭片與管子為一個整體，因而不存在接觸熱阻，故散熱性能好；另外， 管、片、之間無需復雜的焊接工藝，加工性好，節(jié)省材料，而且抗振性也特別 好。所以，是目前較先進的汽車空調冷凝器。2.4.4 蒸發(fā)器蒸發(fā)器和冷凝器一樣，作為制冷系統(tǒng)的吸熱裝置，其功能與冷凝器相反， 也是一種熱交換器，也稱冷卻器，是制冷循環(huán)中獲得冷氣的直接器件。外形近 似冷凝器，但比冷凝器窄、小、厚。如圖 2-14所示它的作用是讓低溫、低壓液 態(tài)制冷

22、劑在其管道中吸熱并蒸發(fā)，使蒸發(fā)器和周圍的空氣的溫度降低，熱、濕 空氣通過蒸發(fā)器時，碰到冰冷的金屬管芯和傳熱片，空氣驟冷下來，空氣中的 水汽被凝結沿金屬壁流下排出，冷而干的空氣被送入車內，使車廂溫度下降， 環(huán)境舒適。圖2-13蒸發(fā)器工作原理Figure 2-13 evaporator principle蒸發(fā)器有管片式、管帶式和層疊式三種結構，如圖 2-15所示。管片式結構簡單，加工方便，但換熱效率較差。管帶式比管片式工藝復雜，效率可提高 10%左右如圖2-17。層疊式加工難道最大，但其換熱效率也最高，結構也最緊 湊如圖2-16所示。圖2-14管片式蒸發(fā)器Figure 2-14 tube chip

23、 evaporator圖2-15層疊式蒸發(fā)器Figure 2-15 cascading evaporator圖2-16管帶式蒸發(fā)器Figure 2-16 both evaporator2.4.5 儲液干燥器汽車空調常常因氣溫、濕度的影響，使蒸發(fā)器負荷發(fā)生變化；由于泄漏， 造成制冷劑損失；安裝了儲液干燥器，可以緩沖系統(tǒng)內制冷劑的容量。充注制 冷劑不必過于精確，制冷劑含量上下幾毫升，對系統(tǒng)運行并無多大影響。儲液 干燥器安裝在系統(tǒng)的高壓側，一般用接在管路上，是傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的特征之一, 如圖2-18所示1）干燥劑干燥劑是吸附系統(tǒng)內濕氣的固體，可以是硅膠、分子篩、汽車膠等。它可 以放在兩層濾網之間，也可

24、以放在金屬絲袋中。不同的制冷劑使用的干燥劑有 很大區(qū)別。2）濾清材料濾清材料用于防止干燥劑塵污和其他雜物隨制冷劑在空調系統(tǒng)內循環(huán)。有 些干燥劑前后各有一層濾清材料，有些干燥器內用金屬絲網作濾清材料。制冷 劑必須通過濾清材料和干燥劑才能離開儲液罐。3）出液管出液管能夠保證進入熱量膨脹閥的制冷劑全部為液態(tài)。進入儲液罐的制冷 劑往往是氣、液混合物，氣態(tài)在上、液態(tài)在下，出液管的下管口深入罐底，從 底部引入出液管的只有液體，發(fā)往膨脹閥的制冷劑必然是液態(tài)。圖2-17儲液干燥器Figure 2-17 reservoir dryer 1一出液管 2一濾清材料 3干燥劑2.4.6 膨脹閥膨脹閥安裝在蒸發(fā)器入口管

25、路上，是一種感壓和感溫的自動閥，用以調整 和控制制冷劑進入蒸發(fā)器的流量，保證制冷劑在蒸發(fā)器內完全蒸發(fā)。需要注意 的是，膨脹閥并不控制蒸發(fā)器的溫度。膨脹閥有 3種：內平衡熱力膨脹閥、外 平衡熱力膨脹閥、H形膨脹閥等， 如圖2-19所示是內平衡熱力膨脹閥。固定 在回氣管路上的遙控感溫包內裝有惰性液體或制冷劑，當蒸發(fā)器出口溫度較高 時，溫包內液體溫度隨之上升，內壓升高。作用在膜片上的壓力大于蒸發(fā)器進 口壓力和過熱彈簧壓力總和時，針閥離開閥座，閥門開啟，制冷劑流入蒸發(fā)器。 針閥開啟后，制冷劑進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內壓力隨之上升，回氣溫度降低，膜 片下側壓力增加，上側壓力降低，閥門關閉。由于膜片上、下側壓力經常處于 不平衡狀態(tài)，所以閥門不斷地作開啟、閉合的循環(huán)。圖2-18內平衡式熱力膨脹閥Figure 2-18 in equilibrium thermal expansion valves1-濾網；2-孔口； 3-閥座；4-過熱彈簧；5-出口； 6-調整螺母；7-內平衡管2.4.7