汽车空调制冷系统设计

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1、郑州科技学院 专科毕业论文（设计） 题 目 汽车空调制冷系统设计 姓 名 专 业 汽车制造与装配 班 级 08汽配 系 别 机械工程系 指导老师 完成时间 2010年12月15日 汽车空调制冷系统设计 摘 要 汽车空调制冷系统的发展是驾驶员及乘车在驾驶和乘车的时候能拥有 一个比较舒适的驾驶和乘车环境。由于汽车空调比家用空调使用的环境更 加恶劣，所以对汽车空调要求很高，另外汽车空调的安装比家用空调难度 大要求高，所以需要设计出新的汽车空调制冷系统。本文针对汽车空调发 展史、汽车制冷剂及汽车空调各主要部件的作用及工作原理做了讲解。还 对汽车空调工作原理做了简单的说明。 关键词 汽车空调 制冷系统

2、组成原理 AUTOMOTIVE AIR CONDITIONING AND REFRIGERATION SYSTEM DESIGN ABSTRACT Automotive air conditioning and refrigeration system is the development of the driver and ride in driving and driving time can have a more comfortable posture and driving environment. Because automotive air conditioning than h

3、ousehold air-conditioner use environment more severe, so for automotive air conditioning is demanding, additionally the installation of air conditioning than household air-conditioner difficult require high, so we need to design a new automobile air-conditioning and refrigeration system. This paper

4、automotive air conditioning history, automobile refrigerants and automotive air conditioning of major parts of function and principle of work of automotive air conditioner explaining. Work principle of simple explanation. KEY WORDS Automotive air conditioning The refrigeration system Composition pri

5、nciple 目 录 中文摘要.I 英文摘要 .II 1汽车空调制冷系统的发展.1 2 车空调制冷系统特点1 3 汽车空调制冷剂和润滑油1 3.1 制冷剂.1 3.2 润滑油.2 4 汽车空调制冷系统各主要部件.3 4.1 压缩机 3 4.1.1 压缩机的合理选型和匹配3 4.1.2 确定合适的传动比5 4.2 膨胀阀和膨胀节流管 7 4.2.1 膨胀阀7 4.2.2 膨胀节流管的结构和工作原理.10 4.3 冷凝器11 4.3.1 汽车空调冷凝器的作用与布置.11 4.3.2 冷凝器的结构.11 4.4 蒸发器12 4. 4. 1 作用和特点12 4.4.2 主要结构形式.12 4.4.3

6、蒸发器箱总成构造.13 4.5 储液干燥器 .14 4.6 气液分离器（积累器） .15 4.7 电磁离合器 .16 4.8 电磁阀17 4.9 电磁旁通阀 .18 5 汽车空调制冷系统布置及制冷原理汽车空调制冷系统布置及制冷原理19 5.1 汽车空调制冷系统布置19 5.2 汽车空调制冷系统原理19 结束语21 致 谢22 参考文献23 1汽车空调制冷系统的发展 汽车空调制冷系统是1939年由美国通用汽车公司帕克公司首先在轿车上安 装又机械制冷的空调器。这项技术由于二次世界大战而停止了发展。战后的美 国经济迅速发展，特别是因1950年美国石油产地的炎热天气，急需大量的冷气 车，而使单一降温的

7、空调汽车得以迅速发展起来。欧洲、日本到1957年才加装 这种单一冷气轿车。单一降温的方法目前仍在热带、亚热带地区使用【1】。 2 汽车空调制冷系统特点 （1)空调装置运行时振动较大，汽车空调装置是移动式车载空调装置，由于 道路不平，汽车在行驶中颠簸振动大，所以装置中连接管道应采用挠性制冷剂 管道。 (2)冷凝器紧靠着发动机的散热器,所以它的冷凝温度往往是低高的,所以其 运行工况比其它空调装置恶劣。 (3)汽车空调系统的压缩机是直接由发动机驱动的，它是通过一个皮带驱动 机构来实现的。当压缩机不工作时，压缩机可以与发动机脱开，它是通过一个 电子离合器来实现的。空调系统停止工作时，应经常检查皮带的松

8、紧，以确定 离合器动作是否正确，有时离合器因轴承的损坏而影响压缩机的轴封，造成压 缩机轴封处制冷剂泄漏。所以要检查离合器轴承损坏的早期迹象【2】。 3 汽车空调制冷剂和润滑油 3.1 制冷剂 制冷系统中各个部件中的功能都是通过制冷剂工质的流动和状态变化来实 现的。汽车空调制冷系统中目前都是采用蒸汽压缩式制冷方式。由于汽车空调 的冷却条件比固定式制冷系统差，所以为了防止冷凝压力过高，应使用饱和蒸 汽压力相对较低的制冷剂。在以前生产的汽车空调中大都是用R12，但随着发 现CFC类物质对大气臭氧层的破坏作用，根据关于消耗臭氧层物质的蒙特利 尔仪定书，CFC类物质在2000年前已完全禁用。因此目前生产

9、的汽车空调中 采用的大都是R134a工质。 用R134a替代R12后，制冷系统在许多地方需要改进。两者相比R134a的 传热性能比R12高30左右，但流动阻力较大；R134a的冷凝压力高而蒸发压 力低，因此压缩机的压比大，功耗增加：R134a的气体比容大，单位容积制冷 量小，压缩机的体积增大；R134a的绝热指数小，而比热较大，因此压缩机的 排气温度降低，而节流损失增大。对R134a和R12的理论循环进行计算发现前 者的性能系数COP值约低3-6。另外R134a汽车空调系统的许多地方需要相 应改变，如润滑油用人工合成油代替原先的矿物油，橡胶软管需增加一层尼龙 防止制冷剂渗漏等【3】。 3.2

10、润滑油 制冷压缩机中使用润滑油(又称冷冻油)的主要作用有润滑、密封、冷却 和消除噪音。冷冻油的性能参数包括粘度、凝固点、闪点、燃点和浊点。冷冻 油的存在会影响传热效果，增加功耗，因此根据润滑油的性质舍理选择冷冻油 的充灌量对制冷系统是非常重要的。 汽车空调中R134a制冷剂是以矿物油为润滑油，但矿物油与制冷剂R134a不 相溶而不能使用。目前能与R134a相溶的有PAG和POE(ester)两类润滑油。 其中PAG是一种合成多元醇，由于有不同的分子结构而分成许多种类，分 别呈现不同物理性质。 R134a应用初期，主要采用PAG作为冷冻油。由于PAG的一些不利性能，及 多元醇酯POE(ester

11、)合成油的研制成功，加上ester具有许多比PAG更好的性能， 故逐渐人们的研究已转移至POE上。POE(ester)是一种合成多元醇酯又称为酯类 油，山精选的多元醇酯基础油和添加剂配置而成。主要成分是季戊四醇、三甲 基丙酮和各种直炼或支链型酯酸。POE与R134a及R12等制冷剂互溶具有较好的 抗磨性、润滑性、稳定性和防腐性【4】。 4 汽车空调制冷系统各主要部件 4.1 压缩机 4.1.1 压缩机的合理选型和匹配 汽车空调压缩机是汽车制冷系统的心脏，是推动制冷剂在制冷系统中不断 循环的动力源，压缩机机型和性能参数的合理选择、传动比的合理确定对整车 空调系统的影响是非常重要的。图 4-1 为

12、压缩机图 。 图 4-1 压缩机 4.1.1.1 压缩机机型选型 根据工作方式的不同，压缩机一般可以分为往复式和旋转式，常见的往复 式压缩机有活塞式和斜盘式，常见的旋转式压缩机有旋转叶片式。活塞式压缩 机是第1代压缩机，结构简单，制冷效率低，目前大多应用在客车和卡车的大排 量空调系统中。斜盘式压缩机是第2代压缩机，在1500r/min时, 制冷效率比活 塞式压缩机高10，是轻型客车和轿车主选压缩机，豪华型车辆，适宜采用变 排量斜盘式压缩机。旋转叶片式压缩机是第3代压缩机，在1500r/min时,制冷效 率比往复式压缩机高20，由于制冷效率高、噪声和振动小，在汽车空调系统 上也有一定的应用。压缩

13、机机型应根据不同的车型，综合成本经济性、运行经 济性等方面合理进行选择【5】。 4.1.1.2 压缩机性能参数选型 性能参数选型第一步是计算车辆的热负荷，并根据此计算结果进行初步选 型，选型原则是压缩机在设计规定转速下额定制冷量不得低于空调系统名义制 冷量的93，输入功率不得超过设计规定值的105,单位功率制冷量不得低于 设计值的95。压缩机主要性能参数包括：排量、最高允许瞬时转速、最高允 许连续转速、压缩机性能曲线等。表1为压缩机排气量与系统制冷量一般选型规 范。 大中型客车的设计规定转速一般为压缩机转速为20002500rpm。现在大中 型客车主发动机功率一般较大，所以压缩机输入功率一般不

14、考虑，主要分析压 缩机在规定转速下的额定制冷量、单位功率制冷量是否满足设计要求。 轻型客车和轿车由于发动机功率小，必须考虑压缩机的输入功率和额定制 冷量。分析压缩机性能曲线图 4-2 为上压缩机转速为18002000rpm时的输入 功率和额定制冷量，并把它们与设计规定值进行比较，最终确定压缩机的具体 型号。 图 4-2 发动机转速与制冷量及功耗特性曲线 必须注意一点，压缩机的性能参数是在一定的测试工况中测定的，压缩机 的测试工况往往与空调系统设计的额定空调工况不一样，所以额定空调系统 （即蒸发器）所需的制冷量，必须先换算到同一工况压缩机所需的制冷量，再 将额定空调工况的压缩机制冷量换算到测试工

15、况压缩机所需制冷量，然后才能 根据测试工况的压缩机制冷量、输入功率，进行压缩机型号的合理选择。 4.1.1.3 压缩机合理匹配 压缩机具体型号确定后，必须进行合理的匹配。它的匹配原则是要保证低 速状态有较大的制冷能力和较高的制冷效率，高速运行时要求输入功率低，同 时还需考虑在高速运转时不会超过压缩机安全限值。 4.1.2 确定合适的传动比 在非独立式汽车空调系统中，由主发动机通过皮带驱动压缩机，利用离合 器的结合与脱离控制空调系统的制冷，在匹配压缩机时，须确定合理的传动比。 传动比过小，低速时压缩机输出制冷量不足，无法发挥空调系统的效能、制冷 效果不佳；传动比过大，制冷量会有所提高，但压缩机消

16、耗主发动机的动力将 增加，燃油经济性、整车动力性降低，可能使压缩机始终在高速状态下工作， 在发动机高速运转时，可能导致压缩机超过极限范围。所以必须确定皮带传动 系统合适的传动比，保证发动机常用转速时压缩机在制冷量、能耗比都比较高 的转速范围内。 由于车辆采用的发动机存在差异，有的发动机最高转速较低（额定转速只有 2000rpm），有的最高转速较高（额定转速可达4000rpm），转速变化范围宽。 如果不加以区分，采用同样的传动比驱动空调压缩机，则会出现制冷量输出特 性的差异，见图 4-3 ，表现为高速发动机车辆制冷好，低速发动机车辆制冷不 足。 图 4-3 传动比相同时不同发动机驱动制冷量输出特性 对于同一发动机采用不同传动比时空调的制冷量输出持性呈不同的规律， 见图 4-4 。分析研究并掌握这些内在规律，是正确确定汽车空调系统传动比 最重要的内容。一般情况下，旅游客车的传动比约等于1；城市公交车辆由于 车速慢、起停频繁，传动比一般大于1.15；轻型客车的传动比一般大于1.22。