汽车空调系统的结构及原理

汽车空调系统的结构及原理
汽车安装空调系统的目的是为了调节车内空气的温度，湿度，改善车内空气的流动，并且提高空气的清洁度。

汽车空调系统主要由以下几部分组成：
（1）制冷装置（系统）：对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却或除湿，使车内空气变得凉爽舒适。

（2）暖风装置：主要用于取暖，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖除湿的目的。

（3）通风装置：将外部新鲜空气吸入车内，起通风和换气作用。

同时通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。

（4）加湿装置：在空气湿度较低的时候，对车内空气加湿，以提高车内空气的相对湿度。

（5）空气净化装置：除去车内空气的尘埃，臭味，烟气及有毒气体，使车内空气变得清洁。

（6）电控系统：将机械和电子部分结合，实现人对空调控制的智能化，简单化。

本文主要介绍制冷装置和暖风装置的结构及原理。

制冷装置（系统）：
基本组成：
现代汽车空调普遍采用的是蒸汽压缩式制冷系统。

如下图所示，通常由压缩机，冷凝器，节流装置，储液干燥器，蒸发器以及相应的连接管等组成。

制冷原理：
如上图所示。

汽车空调压缩机由发动机驱动旋转。

由压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气，
通过高压软管进入空调的冷凝器。

由于高温高压的制冷剂蒸气温度高于车外的空气温度，因此借助冷凝器风扇使冷凝器中制冷剂蒸气的热量被车外空气带走，使高温高压的制冷剂蒸气冷凝成为较高温度的高压液体，通过高压软管流入干燥储液器，经干燥和过滤后，流过膨胀阀。

在膨胀阀的节流作用下，制冷剂变成低温低压的液体而进入汽车空调的蒸发器，在定压下汽化并吸收蒸发器管外空气中的热量，使流经蒸发器的车内循环空气的温度降低成为冷气，通过鼓风机送入车内，降低车内的空气温度。

汽化后的制冷剂蒸气，由压缩机吸入进行压缩，又变成高温高压的制冷剂气体，通过高压软管压入汽车空调的冷凝器，完成了汽车空调的一个制冷循环。

此循环周而复始地进行，就可以使车内的温度维持在舒适的状态。

制冷循环的四个过程：
蒸气压缩制冷循环如下图所示，制冷系统通过制冷剂的气液两相转换时所形成的吸热和放热过程实现制冷。

围绕制冷剂的气液转换，制冷工作循环可归纳为压缩，放热，节流和吸热四个过程。

（1）压缩过程：压缩机将从蒸发器中吸入的低压中温制冷剂蒸气进行压缩，使之成为高温高压的蒸气并送入冷凝器。

压缩过程使制冷剂蒸气达到了液化所需的压力和温度。

（2）放热过程：高温高压的气态制冷剂在冷凝器中冷凝并与车外空气进行热交换（放热），转变为高温高压液态制冷剂。

这一过程使制冷剂中的热量得以释放并通过冷凝器传递给了车外的空气。

（3）节流过程：从冷凝器流出的高压液态制冷剂经储液干燥器除湿，过滤后流经膨胀阀，由膨胀阀节流降压后送入蒸发器。

节流过程降低了制冷剂的压力和温度，并产生部分气态制冷剂，以确保制冷剂在蒸发器中能完全汽化。

（4）吸热过程：低温低压的液态制冷剂在蒸发器中汽化，并与车内空气进行热交换(吸热），变成低压中温气态制冷剂。

在蒸发器中吸收了热量的制冷剂蒸气被压缩机吸走，使蒸发器中的制冷剂的汽化吸热过程得以持续进行。

汽车空调制冷系统以制冷剂为热载体，通过上述四个过程的不断循环，将车内的热量转移到车外，实现车内降温和除湿的空气调节作用。

暖风装置：
暖风机按热量来源可分为余热式，独立式和混合式三种。

余热式暖风机又分为水暖式和气暖式两种。

水暖式暖风机利用水冷式发动机冷却水的热量取暖，是中小型汽车暖风装置的主要形式，其使用比较安全，但热量较少。

气暖式暖风机利用发动机废气的热量取暖，其热量较大，但使用不安全。

独立式是在汽车上设置专门的燃烧装置，通过燃烧燃料发出的热量加热空气，并将热空气送入车内以提高车内的温度。

因此此种采暖系统也称燃烧式采暖装置，这种采暖装置的优点是在汽车行驶时，热源不受汽车运行工况的限制。

独立热源采暖系统在客车上有着较多的应用。

混合式采暖是指在汽车空调系统既有水暖装置，又配置了燃烧式采暖系统。

混合式采暖系统综合了水暖式和燃烧式采暖系统的优点，通常在一些豪华大客车上使用。

水暖式暖风机的结构：
水暖式暖风机有两类，一类是单独的暖风机总成，由暖风水箱（散热器），鼓风机及外壳组成一个完整的总成。

如下图所示，壳体上有吹向足部，前部的出风口及吹向风窗起除霜作用的出风口。

另一类是与冷气的蒸发器组成一体，称为一体式空调器或全空调器，与冷风共用鼓风机及壳体，便于实现温度自动控制及全空调。

目前大部分轿车及带空调的卡车多采用后一种。

水暖式暖风机的工作原理：
水暖式采暖系统工作原理如下图所示。

发动机起动后，在温度未达到正常工作温度以前，节温器关闭水泵与散热器的通道，连通水泵与发动机冷却液出口通道，使发动机冷却液处于小循环状态，由于进入发动机的冷却液温度较高，从而使发动机温度迅速升高。

当发动机温度达到正常工作温度时，节温器连通水泵与散热器的通道，同时关闭水泵与发动机冷却液出口通道，冷却液通过散热器形成大循环。

与此同时，部分高温冷却液进入加热器，并通过热传导和热对流将热量传递给周围的空气，再由鼓风机将加热后的空气吹入车内。

在加热器中已释放了热量后的中温冷却液由水泵抽回发动机，如此循环进行采暖。

气暖式暖风机：余热气暖式暖风机按空气加热器结构不同，可分为热交换器式和热管式两种形式。

1，热交换式。

下图所示为汽车余热气暖热交换式暖风装置结构，它是在发动机的排气管上安装一个热交换器用于加热空气。

工作时，将通往消音器的阀门关闭，汽车的废气就进入热交换器内，用于加热热交换器外的冷空气，冷空气通过热交换器吸收热量后温度上升，由风机吹入车厢内用于采暖和除霜。

下图所示为轿车空调余热气暖式暖风装置布置。

热交换器1接在发动机后，由进气管10将混合空气引入热交换器加热，加热的空气通过排热风管3，由鼓风机5将热风送入车厢内采暖。

2，热管式。

利用小型的热管换热器，高效回收汽车发动机排气中的余热，用于大型汽车的冬季采暖。

如上图所示为热管换热器安装结构，汽车发动机的废气通过废气进口进入热管换热器的加热段，使“碳钢----氨”重力式热管内的氨液真空蒸发，蒸气在热管冷凝段放出热量，加热由车头窗下通风口进入的新鲜空气，加热后的新鲜空气由风机吹送到车厢内用于采暖。

热管换热器的冷凝放热段安装在车厢内底板之上，废气加热段安装在汽车的地板下，车厢下的外面，接通发动机排气管的废气。

下图为客车热管式暖风装置的布置。

为提高空气侧换热效率，可在热管外安装导热肋片，为节省有色金属，热管一般用无缝碳钢制造。

独立燃烧式空气加热器：
这种空气加热器由燃烧室，热交换器。

供给系统，控制系统四部分组成。

当加热器中的电动机接通电源后开始运转，带动两个风扇，油泵，雾化器等工作，并将油通过油管送出到
物化杯。

雾化杯上的油与助燃空气混合，形成可燃混合气。

此混合气被预热电热塞点燃，着火几秒后点火器断电，由已燃烧的火焰点燃不断输入的可燃混合气，使燃烧工况保持正常。

燃烧气体通过通道进入热交换器夹层，而被风机吸入的冷空气在热交换器中吸收燃气释放的大量热量，变成热空气从出风口送向车厢和其他需要加热的空间。

独立燃烧式水加热器：
独立燃烧式水加热器的工作原理与空气加热器基本相同，仅热交换工质不是空气而是谁（可以从专用水箱供水，也可用发动机的冷却水），用水泵代替了风扇。

图片来源及参考书目：
（1）《汽车空调》张蕾主编机械工业出版社
（2）《汽车空调----结构与维修技术》方贵银，李辉编著人民邮电出版社
（3）《汽车空调----原理，结构，安装，维修》陈孟湘编著上海交通大学出版社（4）《汽车空调技术》麻友良主编机械工业出版社
（5）《汽车空调》吴宝志，金永康编著宇航出版社。