汽車空調(diào)的結(jié)構(gòu)原理

-.z.2汽車空調(diào)的構(gòu)造原理汽車空調(diào)的組成構(gòu)造按其功能可有：制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、分配通風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)五大局部。2.1汽車空調(diào)制熱系統(tǒng)原理加熱系統(tǒng)也稱為采暖系統(tǒng)。汽車空調(diào)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(chǎn)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(diào)采暖使用發(fā)動機循環(huán)冷卻水即水暖式。在制暖時，空調(diào)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(dǎo)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(jīng)加熱器，空氣被加熱，到達制熱的目的。〔而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(fēng)，所以在暖風(fēng)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(diào)分配通風(fēng)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。空氣分配箱的構(gòu)造小異，與空氣分配箱連接的是空氣輸送〔送風(fēng)〕機構(gòu)，它主要由送風(fēng)道〔或通風(fēng)軟管〕和通風(fēng)口等部件組成。汽車空調(diào)器要滿足向乘員頭部、足部、左右方向送出冷風(fēng)、熱風(fēng)或新風(fēng)，以及風(fēng)窗送風(fēng)除霜除霧，所以有一套比擬復(fù)雜的風(fēng)門控制系統(tǒng)?？諝廨斔蜋C構(gòu)的構(gòu)造與分布因車而異。圖2-1空氣分配箱〔空調(diào)總成〕的工作原理Figure2-1airdistributionbo*(airconditioningassembly)principleofwork通風(fēng)一般分為自然通風(fēng)和強制通風(fēng)。自然通風(fēng)是利用汽車行駛時，根據(jù)車外所產(chǎn)生的風(fēng)壓不同，在適當(dāng)?shù)牡胤?，開設(shè)進風(fēng)口和出風(fēng)口來實現(xiàn)通風(fēng)換氧。強制通風(fēng)是采用鼓風(fēng)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(fēng)一起工作。通風(fēng)將外部新鮮空氣吸進車室，起通風(fēng)、換氣和調(diào)濕作用。同時，通風(fēng)造成室空氣流動，對防止風(fēng)窗玻璃起霧也起著良好作用。如果通風(fēng)口阻塞，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(fēng)機、空氣過濾器、殺菌器、負(fù)氧離子發(fā)生器和進、出風(fēng)口等組成。作用是使車廂空氣保持清新干凈?？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(fù)氧離子發(fā)生器，以增加空氣中負(fù)離子含量，改善車空氣質(zhì)量，提高舒適性,使車空氣更加清新干凈，利于人體安康。過濾式空氣凈化方式是在空調(diào)系統(tǒng)的進風(fēng)口和回風(fēng)口設(shè)置濾清器，它具有構(gòu)造簡單、工作可靠的優(yōu)點，但功能不全面，其根本構(gòu)造原理參見圖2-2所示。圖2-2空氣過濾裝置Figure2-2airfilterdevice集塵式空氣凈化方式是在過濾器裝置的根底上再增設(shè)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展照射，將其中的細(xì)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展過濾，不斷排出車的污濁氣體，保持車空氣清潔。2.4空調(diào)的制冷系統(tǒng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、枯燥器、膨脹閥等部件組成如圖2-3所示。圖2-3空調(diào)的構(gòu)造組成Figure2-3air-conditioningstructure1-蒸發(fā)器；2-壓縮機3-冷凝器；4-枯燥器；5-膨脹閥2.4.1制冷原理物質(zhì)的三種形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)會相互轉(zhuǎn)化，稱為相變。汽車空調(diào)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(chǎn)生冷效應(yīng)。當(dāng)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(jīng)壓縮，制冷劑的溫度和壓力升高，并被送入冷凝器。在冷凝器，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑把熱量傳遞給經(jīng)過冷凝器的車外空氣而液化，變成液體。液態(tài)制冷劑流經(jīng)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，低溫低壓的液態(tài)制冷劑吸收經(jīng)過蒸發(fā)器的車空氣的熱量而蒸發(fā)，變成氣體。氣體又被壓縮機吸入進展下一輪循環(huán)。這樣，通過制冷劑在系統(tǒng)的循環(huán)，不斷吸收車空氣的熱量并排到車外空氣中，使車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(dāng)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(jīng)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展熱交換。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(jīng)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)過程在蒸發(fā)器，制冷劑與車空氣進展熱交換。由于制冷劑的溫度比車空氣低，低壓低溫的液態(tài)制冷劑吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的車空氣熱量，而自身蒸發(fā)變成低壓低溫的氣態(tài)制冷劑。圖2-4汽車空調(diào)的構(gòu)造原理圖Figure2-4automobileair-conditioningstructurediagram2.4.2壓縮機壓縮機(pressor)是汽車空調(diào)系統(tǒng)的主要部件之一，是空調(diào)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(zhuǎn)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(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑無法循環(huán)，空調(diào)系統(tǒng)將工作不良或一點都不制冷?？照{(diào)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(zhuǎn)斜盤活塞壓縮機、旋轉(zhuǎn)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(diào)壓縮機的主導(dǎo)產(chǎn)品，約占所有壓縮機產(chǎn)品的70％，隨著技術(shù)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(zhuǎn)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送，現(xiàn)在新生產(chǎn)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〕變排量壓縮機的根本工作原理把斜盤與壓縮機主軸的角度變成可調(diào)時回轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機就變成了變排量空調(diào)壓縮機。變排量空調(diào)壓縮機能夠?qū)崿F(xiàn)自行調(diào)節(jié)最關(guān)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，到達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(dāng)空調(diào)系統(tǒng)被啟動后，只要制冷劑的壓力處于工作圍之，空調(diào)壓縮機就在控制閥的控制下，不斷地調(diào)整排量使之與壓縮機吸入制冷劑熱負(fù)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(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速，這一點大提高了制冷系統(tǒng)的除濕能力，對發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性的提高和乘坐舒適性等都十分有利。在實際構(gòu)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(dāng)壓縮機主軸高速旋轉(zhuǎn)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應(yīng)壓力明顯升高。所有活塞的連桿被均勻地鉸接在斜盤周邊上，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(dāng)加在蒸發(fā)器上的熱負(fù)載發(fā)生變化的情況下，可變排量控制閥芯的移動促使曲軸箱的供應(yīng)壓力和吸入壓力之間發(fā)生一系列連續(xù)平衡。平衡的結(jié)果使得所有活塞所受到合力通過連桿組傳送到與之鉸接的斜盤上，于是斜盤在力的作用下就產(chǎn)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?？傊灰S箱吸入壓力和供應(yīng)壓力的壓差略有變化，就足以產(chǎn)生一個力推動斜盤的傾斜角度發(fā)生變化。2〕V-5變排量壓縮機的構(gòu)造原理“V-5〞中的“V〞表示可變排量壓縮機；“5〞表示壓縮機采用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*一圍的任意角，從而改變了壓縮機的排量。斜盤的傾斜角度由位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(diào)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2-5HarrisonV-5變排量壓縮機Figure2-5HarrisonV-5variabledisplacementpressors圖2-6V-5變排量壓縮機構(gòu)造圖Figure2-6V-5variabledisplacementpressorsstructure圖2-7變排量壓縮機的平面圖Figure2-7variabledisplacementpressorsplan當(dāng)吸氣側(cè)壓力低于設(shè)定值時，波紋管收縮，針閥下落，彈簧及高壓側(cè)壓力把鋼球推向球座，將球座下連接高壓側(cè)氣體與搖板箱氣體的通道A封死，阻止了高壓側(cè)氣體通向搖板箱。與此同時，從低壓側(cè)到搖板箱的通道B翻開，使局部搖板箱氣體通向吸氣側(cè)，降低了搖板箱壓力，作用在活塞一側(cè)的力使搖板移向增加排量的位置，如圖2-8所示。反之，當(dāng)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，增大了活塞反面的壓力，使搖板的傾角減小，從而減小排量，如圖2-9所示。圖2-8斜盤傾角增大〔活塞行程增大〕Figure2-8inclineddishAngleincreases(pistonstroke)〔a〕降低斜盤箱壓力的閥位置〔b〕增大行程所需之力圖2-9斜盤傾角減小〔活塞行程減小〕Figure2-9inclineddishAngle(pistonstrokedecrease)圖2-10V-5變排量壓縮機的分解圖Figure2-10v5-Variabledisplacementpressorsdepositionofthefigure1-壓縮機后蓋；2-O形控制閥；3-后墊；4-閥門盤；5-簧片；6-離合器線圈；7-卡環(huán)；8-驅(qū)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O環(huán)3〕DCW-17變排量壓縮機的構(gòu)造原理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構(gòu)造。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(dāng)高壓壓力低于*一數(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(dāng)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翻開，搖擺室中局部氣體流出，搖擺室壓力下降，搖板傾角變大，排量也變大。當(dāng)高壓和低壓逐漸降低時，第一級波紋管開場伸長，閥門翻開度變小，對搖擺室流出氣體進展限制，搖擺室壓力開場變高，搖板傾角變小，排量也變小。當(dāng)制冷負(fù)荷再變小而高壓低于*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。圖2-11DCW-17型變排量壓縮構(gòu)造原理圖Figure2-11VariabledisplacementpressionstructurediagramofDCE-17type值得一提的是，壓縮機的旋轉(zhuǎn)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(dāng)裝在蒸發(fā)器出風(fēng)口的傳感器感知出風(fēng)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(zhuǎn)，實現(xiàn)制冷。而當(dāng)出風(fēng)溫度低于設(shè)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，則壓縮機將不斷工作，使蒸發(fā)器結(jié)冰造成管道壓力超標(biāo)，最終破壞系統(tǒng)甚至造成損壞2.4.3冷凝器汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷凝器是熱的交換設(shè)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(jié)為高壓制冷劑液體。汽車空調(diào)系統(tǒng)冷凝器的構(gòu)造形式主要有管片式、管帶式、鰭片式等幾種。圖2-12冷凝器圖Figure2-12condenser1〕管片式它是汽車空調(diào)中早期采用的一種冷凝器，制造工藝簡單，由銅質(zhì)或鋁質(zhì)圓管套上散熱片組成。片與管組裝后，經(jīng)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凝器好一些〔一般高15%左右〕，但工藝復(fù)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外表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(fù)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(diào)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(jié)沿金屬壁流下排出，冷而干的空氣被送入車，使車廂溫度下降，環(huán)境舒適。圖2-13蒸發(fā)器工作原理Figure2-13evaporatorprinciple蒸發(fā)器有管片式、管帶式和層疊式三種構(gòu)造，如圖2-15所示。管片式構(gòu)造簡單，加工方便，但換熱效率較差。管帶式比管片式工藝復(fù)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，構(gòu)造也最緊湊如圖2-16所示。圖2-14管片式蒸發(fā)器Figure2-14tubechipevaporator圖2-15層疊式蒸發(fā)器Figure2-15cascadingevaporator圖2-16管帶式蒸發(fā)器Figure2-16bothevaporator2.4.5儲液枯燥器汽車空調(diào)常常因氣溫、濕度的影響，使蒸發(fā)器負(fù)荷發(fā)生變化；由于泄漏，造成制冷劑損失；安裝了儲液枯燥器，可以緩沖系統(tǒng)制冷劑的容量。充注制冷劑不必過于準(zhǔn)確，制冷劑含量上下幾毫升，對系統(tǒng)運行并無多大影響。儲液枯燥器安裝在系統(tǒng)的高壓側(cè)，一般串接在管路上，是傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的特征之一，如圖2-18所示1〕枯燥劑枯燥劑是吸附系統(tǒng)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(wǎng)之間，也可以放在金屬絲袋中。不同的制冷劑使用的枯燥劑有很大區(qū)別。2〕濾清材料濾清材料用于防止枯燥劑塵污和其他雜物隨制冷劑在空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)。有些枯燥劑前后各有一層濾清材料，有些枯燥器用金屬絲網(wǎng)作濾清材料。制冷劑必須通過濾清材料和枯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儲液枯燥器Figure2-17reservoirdryer1—出液管2—濾清材料3—枯燥劑2.4.6膨脹閥膨脹閥安裝在蒸發(fā)器入口管路上，是一種感壓和感溫的自動閥，用以調(diào)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：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所示是平衡熱力膨脹閥。固定在回氣管路上的遙控感溫包裝有惰性液體或制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)器出口溫度較高時，溫包液體溫度隨之上升，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)器壓力隨之上升，回氣溫度降低，膜片下側(cè)壓力增加，上側(cè)壓力降低，閥門關(guān)閉。由于膜片上、下側(cè)壓力經(jīng)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平衡式熱力膨脹閥Figure2-18inequilibriumthermale*pansionvalves1-濾網(wǎng)；2-孔口；3-閥座；4-過熱彈簧；5-出口；6-調(diào)整螺母；7-平衡管2.4.7附屬件除了上面說到壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、枯燥器、膨脹閥等空調(diào)的制冷系統(tǒng)還有鼓風(fēng)機、