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1、摘要变排量压缩机在汽车空调系统中的应用摘 要 随着人们生活水平的不断提高，对车载空调控制系统的智能性、运行情况的稳定性、控制系统的合理性都有较高要求。因此，如何对系统进行更加细致的分析，如何对复杂工况进行更加合理的调控，就成了各大汽车制造企业和科研机构所关注的问题。本课题通过对基于变排量压缩机的车载空调控制系统进行分析，提出了一种从硬件选型到台架模拟的整套开发过程，并且通过实验验证了控制系统的快速性、准确性和稳定性，使得此控制系统及其研发流程能得到广泛的应用。通过对于变排量压缩机在汽车空调系统中的应用，能够更好的将变排量压缩机在汽车空调系统中的应用。本文首先对于该课题的研究背景和研究意义进行分
2、析，为本文的研究指明了研究的方向。然后对于汽车空调系统进行概述分析。最后对于变排量压缩机在汽车空调系统中的应用进行分析，最后分析了汽车空调系统发展趋势进行分析。关 键 词：变排量；压缩机；汽车空调论文类型：应用研究目录目 录1绪论11.1选题背景11.2国内外研究文献综述11.2.1国外文献综述11.2.2国内研究综述21.3研究内容以及研究方法31.3.1研究内容31.3.2研究方法32汽车空调概述42.1汽车空调工作原理42.2汽车空调系统组成52.2.1制冷系统52.2.2取暖系统62.2.3通风系统62.2.4空气净化系统62.2.5自动控制系统63变排量压缩机在汽车空调系统中的应用7
3、3.1对于空调系统进行控制73.2CFD优化及集成系统73.3自动化空气质量调控84汽车空调系统发展趋势94.1空调压缩机的发展趋势94.2热交换器发展方向94.3自动智能化空调系统94.4新能源汽车空调系统发展趋势9致 谢11参考文献12附件：13网络学院毕业论文独创性声明13毕业论文知识产权权属声明131绪论1.1选题背景汽车空调系统是汽车众多系统中的一个重要部分，随着人们对乘车舒适度要求的增加，汽车空调系统性能的提高也逐渐成为科研人员关注的问题。一般汽车空调制冷系统包含有压缩机、冷凝器、储液干燥过滤器、膨胀阀及蒸发器等部件，其中压缩机又是最核心的部件，压缩机的性能直接关系到汽车空调系统的
4、优劣。空调制冷压缩机经历了从定排量到变排量的发展过程，压缩机的工作方式发生了变化，压缩机的性能也得到了巨大的提升。定排量压缩机的工作排量不变，需要通过离合器来控制压缩机的启动和关闭。定排量压缩机在使用中发现，由于离合器的间歇性吸合运动造成车内温度波动幅度较大以及发动机转速较高时造成车内蒸发器结霜等现象，同时因为压缩机的频繁启闭造成空调系统能耗损失过大。变排量压缩机的性能远远高于定排量压缩机的性能，能够有效的对于空调负载状况进行调节，这样不但能够减少了能源的消耗，还可以对于汽车内的温度进行有效的控制，使其达到理想的温度。变排量压缩机在工作的过程中能够连续稳定的进行运行，安全可靠性较高，同时具有较
5、高的转速能力，使其能够更好的维持汽车内的温度，使得汽车内的温度具有一定的舒适性。降低了空调系统的能耗，提高了汽车的燃油经济性。所以对于该课题进行相关的研究，希望本文的研究能够将变排量压缩机在汽车空调系统中的应用1.2国内外研究文献综述1.2.1国外文献综述JF.Below,DA.Miloslavich（2016）研究了摇板斜盘式压缩机的斜盘动力学，分析了压缩机内部零件的受力以及轴承载荷等，并且推导了压缩机动平衡与配重尺寸和配重位置的数学关系式。RKJha,S Muthu，S Sivakumar介绍了定排量斜盘式双向活塞压缩机的设计方法，通过动力学仿真，计算了压缩机轴承的轴向和径向载荷以及它们的
6、变化趋势。文中还通过仿真研究了阀片的压力损失、摩擦力和阻力矩随主轴转角的变化规律，根据这些因素对总能量的贡献比例，预测了曲轴的反抗力矩波动及压缩机在不同转速下的能量消耗，并且通过测试数据得到了验证。Kenj、Kunihiko Takao等通过对一种新型摆动斜盘式压缩机的结构和转子运动学进行分析，研究了压缩机的动平衡水平，并与己有压缩机不同斜盘倾角下的动平衡水平进行对比，发现新型压缩机的转子离心惯性力明显小于己有压缩机。NicholaosG.Demas和ShuJun Wang研究了压缩机的润滑方法，通过在压缩机活塞外表面使用聚合物，发现PTFE高分子涂层的油膜不会因为活塞腔内的高压环境而遭到破坏
7、，从而起到减小活塞、缸壁之间摩擦力的作用，研究结果为压缩机的磨损和振动噪声优化提供了参考。Kazuhiko Takai, ShigemiShimizu等人研究了一种新型7缸摆盘式无极变速压缩机，有效的解决了传统压缩机造成发动机载荷变化、蒸发器结霜、车内温度波动幅度大等问题，文中还对压缩机的关键零部件进行了受力分析。J.A.Becerra, F.J.Jimenez等通过往复式压缩机曲轴化学成分和系统动力学分析，研究了压缩机曲轴的失效形式。文中通过建立曲轴的仿真模型，分析计算了曲轴的扭转动态引起的应力。Nobuhiro Hariu等使用有限元软件计算了压缩机的固有频率和模态振型，并通过仿真分析了非
8、稳态轴承力作用下的压缩机动态特性，研究结果为压缩机的结构优化和减振降噪提供了参考。N.Ishii, Y Abe等通过变排量压缩机的运动学分析，研究了压缩机内部零件之间的惯性力和摩擦力，并指出惯性力和摩擦力对压缩机运行平稳性和耐久性有着显著的影响。Peterson Cavalcante, SvenFarsterlin梦通过建立压缩机的瞬态模型，研究了压缩机的活塞腔、吸气腔、排气腔和曲轴箱的压力变化，并通过模型分析了压缩机斜盘和活塞的动力学以及零部件之间的摩擦力情况。1.2.2国内研究综述缪道平、刘才清、丁一鸣等编著了活塞式制冷压缩机，书中以小型活塞式空调压缩机为例，介绍了压缩机的工作原理、性能指
9、标计算、结构设计以及零件受力分析等，为活塞式压缩机的结构设计和动力学计算提供了参考。上海交通大学王屹理论分析了斜盘式压缩机的运动学和动力学，通过在Adams仿真软件中建立包含有气体力的压缩机仿真模型，研究了空调压缩机的运动学、动力学、动平衡特性、磨损预测等。袁晓梅、陈芝久以变排量斜盘式压缩机的结构和运动学分析为基础，建立了压缩机的数学模型，通过控制阀研究了压缩机的排量控制机理，并指出电动型控制阀相较于气动控制阀的优点。清华大学田长青、廖云飞等通过建立压缩机斜盘和控制阀的数学模型，研究了变排量压缩机的排量控制原理，并分析了不同转速下活塞行程、制冷剂质量流量等参数随压缩机负荷改变的变化规律。文中还
10、分析了压缩机摇板腔与吸气腔压力差值对活塞行程变化的影响，计算了压缩机不同转速下的零部件惯性力。在考虑摩擦力的情况下，通过主轴、轴套的动力学分析，更加准确的计算了斜盘倾角与气体力之间的变化关系。同济大学黄锁成、靳晓雄等以SE508摆盘式压缩机为例，在压缩机的动力学研究中利用频谱分析、有限元模态分析和台架实验分析相结合的方式，讨论分析了压缩机的振动噪声问题。通过对SE508摆盘式压缩机的动力学分析结果进行编程，计算了活塞、连杆及摆盘等零件的受力情况。合肥工业大学郭来红研究了摇板式变排量压缩机摆盘倾角变化的力学原理，并对控制阀内部结构进行了力学分析。文中还介绍了压缩机制冷量的计算方法，通过实验对压缩
11、机的关键性能进行了测试。谢金花建立了斜盘式压缩机的工作数学模型，分析了压缩机内油循环量、转速、气腔脉动压力对压缩机性能的影响，并设计实验验证了模型的准确性。谢飞、王硕渊建立旋转式压缩机气阀的有限元模型，通过编写热力学模拟程序和有限元计算程序，研究气阀的振动特性和应力分布，研究结果为阀片的可靠性设计提供了理论指导。吴建华、侯杰等分析了双向斜盘式压缩机的活塞受力随主轴转角的变化情况，通过有限元软件对活塞进行应力分析，发现活塞的往复直线运动会使活塞中部承受交变载荷并且出现应力集中的状况，指出增大活塞中部的过渡圆角可以有效改善活塞该部的应力集中。1.3研究内容以及研究方法1.3.1研究内容本文的研究内
12、容主要分为以下几部分：第一章：对于本文的研究背景和研究意义进行分析，为本文的研究指明了研究的方向。第二章：对于汽车空调系统进行分析概述。第三章：变排量压缩机在汽车空调系统中的应用。第四章：最后分析了汽车空调系统发展趋势。1.3.2研究方法本文研究采用文献分析法：通过对既有的文献的汇总梳理，明晰了相关文献的研究框架、思路和研究的主要方法、内容，理清了本文的研究思路、研究方向和要创新的地方。2汽车空调概述 2.1汽车空调工作原理新能源汽车空调系统组成及工作原理新能源汽车空调系统由空调压缩机、空调驱动电机、空调风管总成、空调管路总成、冷凝器、空调控制面板及相关传感器等组成。新能源汽车空调采取电力驱动
13、空调压缩机，空调压缩机由高压电动机驱动，不再由发动机皮带带动压缩机工作。在暖风形式上，新能源汽车没有由内燃机产生70以上的冷却液的热量来源，而要采用电加热方式产生暖风。电加热有两种方式：一种是通过高压加热类似传统空调与暖风系统中的冷却液，再经过循环为暖风水箱提供热量，如图1所示。另一种是直接通过高压电驱动PTC加热器来加热经过蒸发箱的空气实现暖风。PTC加热器是正温度系数热敏电阻，是制造热源的主要来源，PTC最大的优势就是发热速度快，温度高且可控，使用方便，安装在暖风蒸发箱总成内部。空调压缩机是三相永磁同步直流电动机，由变频器将电池提供的直流电转换成交流电，向三相永磁同步电机供电，驱动汽车空调
14、压缩机工作，如图2所示。 图1高压加热冷却再制暖方式 图2电驱动空调压缩机新能源汽车空调通过空调控制器接收到各传感器的信号，如温度传感器、面板控制开关信号等，通过主控ECU计算，控制空调驱动电机，从而控制空调压缩机、PTC加热器是否工作从而控制出风模式，新能源汽车空调控制原理如图3所示。 图3汽车空调控制原理新能源汽车空调制热系统与传统汽车制热方式不一样，新能源汽车空调制热系统包括空调ECU、阳光传感器、车内外温度传感器、速度传感器、控制开关信号、空调电源，DCDC转换器、驱动电动机、PTC加热元件等，其空调控制系统结构如图4所示。PTC加热器受空调ECU的控制，直接由高压电源供电，ECU根据
15、阳光传感器、车内外温度传感器、速度传感器、控制开关信号等计算，根据不同要求，实现对PTC加热器控制，从而控制空调暖风系统。 图4空调控制系统结构图变排量压缩机的排量控制方式主要有两种:通过内部调节阀，使管路压力适应于排量改变的内控式机械变排量压缩机;另一种是通过电磁调节阀，将控制器传来的PWM电流信号转化为电磁阀的开度，从而控制斜盘倾角，改变压缩机排量，对压缩机输出功率进行无极调节的外控式变排量压缩机。变排量压缩机基本参数如表1所示：表1变排量压缩机基本参数表气缸数7镗孔直径31.6mm 尺寸231mm最大工作转速9200rpm(10m)转动方向锁定单向安装角度水平试用制冷剂R134a制冷剂润滑油SP10无填充物质量5.5kg欧洲2003环保标准 是2.2汽车空调系统组成2.2.1制冷系统 图5为汽车空调的制冷系统，该系统的主要的功能就是制冷，由压缩机和冷凝器共同进行配合产出冷风，这样能够使得汽车内更加的凉爽。在汽车制冷系统工作的过程中，需要压缩机进行，对于空气进行相关的压缩，再将压缩好的空气送入到制冷剂中，这样就会吸收空气中大量的热量，从而使它吹出来的风更加的凉爽，从而使得汽车
