汽车空调节能技术探讨

1、摘要汽车行业在中国取得了迅猛的发展,尤其是轿车产业有了很大的发展,家用 汽车的普及率也在快速提高。 人们在追求汽车的动力性、 安全性、 可靠性的同时, 也更加注重对舒适性、经济性及环保性的要求。随着汽车保有量的增加,与之相匹配的汽车零部件行业也得到了飞速的发展, 汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要部件已被广大汽车制造企业及消费 者所认可。汽车空调的发展也经历了单一取暖功能、单一冷气功能、冷暖一体化 功能、自动控制以及计算机控制这五个历程。汽车空调系统是满足驾乘人员舒适 性要求的基本装置,可以给乘客提供一个优良的乘车环境。但是单一的舒适性要 求已经不能满足汽车使用者的需求,随着能源问题日益

2、突出以及环保方面的要求 更加严格,如何在不降低驾乘人员舒适性的前提下来提高空调的节能与环保性能 成为人们关注的问题。如今很多技术人员也在对汽车空调如何节能方面不断地进行大量的研究实验, 日常生活中人们除了在室内用空调较多外,出门开车也要求车内温度、空气、风 速等的舒适性, 这不仅体现了社会生活水平的提高, 同时又显现出节能的必要性, 然而在内燃机方面的研究,提高效率发展空间已经不大,但是对于占发动机功率 10%左右的汽车空调系统,则有很大的效率提升空间。为了改善全球的温室效应及 减少化石能源的消耗,使汽车空调更加节能更加环保,已经引起了人们的广泛关 注,并已经付诸行动。研究怎样提高汽车空调节能

3、和环保的性能的技术,以及如 何满足汽车空调使用者对节能和环保的要求。目前汽车空调节能和环保方面的改 进,在国内外有很大的发展空间,可带来巨大的经济效益。本文首先对研究汽车空调节能技术的目的与意义进行简要的说明,为了人们 更好的了解汽车空调,对汽车空调的发展历程及其结构和工作原理进行了详细的 介绍,然后说明了汽车空调技术现状,并对空调节能方面遇到的问题及针对此问 题产生的节能技术进行了详细的介绍,最后对汽车空调节能技术的发展趋势进行 展望。关键词 :汽车空调系统;节能技术;措施ABSTRACTThe automobile industry in China has made rapid deve

4、lopment, especially the car industry has been a great development. The popularity of domestic cars is also rapidly increasing. People not only in the pursuit of automotive power, safety, reliability, but also pay more attention to comfort, economy and environmental protection requirements.With the i

5、ncrease in car ownership, matched with the auto parts industry has been rapid development. As one of the most important parts to improve vehicle ride comfort of automobile air conditioners, automobile air conditioning has been recognized by the majority of automobile manufacturers and consumers. Aut

6、omotive air conditioning also experienced the development that includes five stages which are a single heating, air conditioning, heating and single integration, automatic control and computer control. Automotive air conditioning system is the basic device to meet the comfortable requirements of pas

7、sengers, and also can provide a good environment for passengers. But a single comfort requirement has been unable to meet the demand of car users, with the energy problems have become increasingly prominent and environmental aspects of energy saving and environmental protection have more stringent r

8、equirements. How to improve the performance of the air conditioner has become a concern of the people down in the premise of not to reduce the comfort of occupants.Now a lot of technical personnel in the automobile air conditioning energy saving continuously a lot of research and experiments, in dai

9、ly life, people not only use the air conditioning in the room more, drive out also requires the temperature inside the car, air, wind speed to feel comfortable. This not only reflects the level of social life, but also shows the necessity of energy saving. However, in the field of internal combustio

10、n engine research, the development space to improve the efficiency is not large, but for the engine power of about 10% that offers to the automotive air conditioning system, there is a lot of room for efficiency improvement. In order to improve the global greenhouse effect and reduce the consumption

11、 of fossil energy, and the car air conditioning more energy saving and environmental protection, people have aroused widespread concern and have been put into action. Study on how to improve the performance of energy saving and environmental protection and how to meet therequirements of energy savin

12、g and environmental protection for automotive air conditioning users. At present, the improvement of energy saving and environmental protection of automobile air conditioning has a great development space at home and abroad, which can bring huge economic benefits.Firstly, this paper briefly introduc

13、es the purpose and significance of the research on energy saving technology of automobile air conditioning. In order to better understand the automotive air conditioning, the automotive air conditioning development process and its structure and working principle are introduced in detail, then it exp

14、lains the present situation of the automobile air conditioning technology, and introduces the problems encountered in the air conditioning energy saving and energy saving technology for this problem. Finally, the development trend of automotive air conditioning energy saving technology is prospected

15、.Keywords: Vehicle Air-conditioning (AC System; Energy conservation technology; measure目 录第 1章 前言第 1.1节研究的目的与意义随着汽车制造技术的快速发展, 汽车的空调系统已经成为整车必不可少的一个子 系统, 并且在最近几年得到了快速的发展。 目前汽车已经成为了人们日常生活中不可 或缺的交通工具, 但是当汽车给人们带来方便的时候, 也给人们带来了严重的环境问 题,例如现在雾霾现象经常发生,同时也极大的消耗了资源。保护环境,节约能源已 经引起了人们的重视,据国家统计局的数据显示,在 2003年到 201

16、4年的十二年间, 我国的汽车生产总量和私人汽车持有量一直处于快速增长的趋势。根据国家统计局的数据显示, 2014年我国的汽车生产总量已经达到了 15400万 辆,每年消耗燃油的实际值已经超过 2.5亿吨,这大约占全国燃油消耗总量的 40%以 上。但是汽车实际利用的有用能量只占到了总热量的 25%-42%,其中有大量的能量 直接或间接的浪费掉了。根据 2014年汽车的保有量和汽车的燃油消耗总量来计算, 可得到以尾气形式排出的热量大约相当于 8750万吨燃油产生的热量,如果折合成原 油,大约为 1.4亿吨,这个值与三个半大庆油田的年产量总和相当。由于汽车保有量 的持续增长, 到 2017年, 我国

17、的汽车保有量已经突破 18000万, 较于 2014年的保有 量来说增长了 30%,由此可知燃油消耗量也急剧增加。随着生活水平的不断提高, 人们对汽车舒适性的要求进一步提高, 因此在我国汽 车上空调系统的配置率几乎已经达到 100%。汽车空调作为汽车的重要组成部分,其 功能越来越完善,目前不仅可以为汽车提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿 度控制等功能外, 而且还可以进一步提供除尘、 除臭的功能。 这些功能已成为汽车空 调系统必不可少的要求。 然而汽车空调系统主要由发动机来提供能量的, 且所消耗的 能量大约为发动机发出功率的 5%- 20%, 这些能量是非常可观的。 相信在未来几年, 汽车

18、的保有量将会继续不断增长, 在这种情况下, 每台汽车空调若稍微可以提高能源 的利用效率,将会大大的减少我国燃油的消耗。与此同时, 从目前消费者购买汽车的数据显示, 汽车空调系统的节能性和质量的 优越性已经成为影响人们购买汽车的重要参考信息, 一个能耗较低质量较优的空调不 仅仅可以为用户带来良好的行车体验,而且也可以减少车辆使用过程中的经济成本。 为了满足广大消费者的消费心理和节约能源、 保护环境的要求, 本文对汽车空调节能 技术进行深入探讨。如何在保证空调制冷效果不变的前提下,尽量使能源消耗降低, 是广大的汽车空调技术工作者一直致力于研究的课题, 这在能源紧张、 石油价格飙升、1汽车空调节能技

19、术探讨环保呼声日益高涨的今天具有特别重要的意义。第 1.2节 本文主要研究内容本文首先对汽车空调系统的发展历史进行介绍, 并详细说明汽车空调系统的结构 及其工作原理。 主要对汽车空调的节能技术进行介绍, 包括:汽车空调节能技术发展 现状,目前遇到的问题及对策 , 最后阐述了汽车空调节能技术的发展趋势。2第 2章 汽车空调系统的发展历程自 20世纪 20年代汽车空调诞生以来, 汽车空调系统逐渐得到的普及与发展总体 来说,国内外的汽车空调发展历程可概括为以下五个阶段 1:第一阶段:单一供暖型装置阶段,即利用房间取暖的方法。于 1925年首先出现 在美国, 主要工作原理是利用汽车冷却水通过加热器进行

20、取暖。 经过两年的时间, 在 1927年已经发展到具有加热器、风机和空气滤清器等设备的比较完整的供热系统。 目前, 在亚洲北部地区和寒冷的北欧, 汽车空调系统仍然使用采用的是单一供暖系统。 第二阶段:单一制冷型装置阶段。 在 1939年, 美国的通用帕卡德公司 (Packard 在轿车上安装了由机械制冷降温的空调, 从此汽车制冷空调诞生。 目前, 在热带和亚 热带地区,人们普遍使用此空调系统。第三阶段:冷暖一体化装置阶段。 1954年,通用公司首先在纳什(Nash 牌轿 车上安装使用了冷暖一体化空调系统, 到此为止, 汽车空调具有调节控制车内温度和 湿度的基本功能。 随着汽车空调技术的不断进步

21、, 目前的冷暖一体化空调系统基本上 具备了降温、通风、除霜、除湿、过滤等功能。这种方式目前主要应用于经济汽车, 是目前使用量最大的一种方式。第四阶段:自动控制型的汽车空调。 冷暖一体的汽车空调的调节需要人为的操纵, 这明显增加了驾驶人员的工作量, 同时调节的温度往往不尽如人意。 针对此问题, 通 用公司在冷暖一体化空调出现后不久, 就着手研究自动控制型的汽车空调, 并于 1964年将首台产品安装在凯迪莱克 (Cadillac牌轿车上, 随后通用、 福特、 克莱斯勒三大汽 车公司相继在各自的高级轿车上安装了自动控制型空调。直到 1972年日本、欧洲的 高级轿车上才装上自动控制型空调。 目前, 大

22、部分中高级轿车上都装有自动控制型空 调。第五阶段:微机控制型装置阶段。 1973年开始,美国的通用汽车公司和日本的 五十铃汽车公司 (后合并到三菱集团 进行合作,一起研究微机控制的汽车空调系统, 并于 1977年研究成功同时安装在各自的汽车上,从此汽车空调技术进入到一个新的 高度。微机控制型汽车空调的功能丰富,主要功能是:显示数字化,冷、暖、通风三 位一体化。工作原理是:电脑按照车内外的环境及设定需求,实现微调节。通过电脑 进行控制, 实现了空调运行与汽车运行的可以协调工作, 从而极大地提高了制冷效果, 节约了能量, 从而使汽车的整体性能和舒适性有了很大提高。 目前, 微机控制型汽车 空调系统

23、已经广泛应用于豪华轿车上。3汽车空调节能技术探讨第 3章 汽车空调系统的结构及其工作原理第 3.1节汽车空调系统的结构汽车空调系统一般主要是由压缩机、真空电磁阀、电控离合器、贮液干燥器、管 道、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、冷凝风扇、怠速器和控制系统等部分组成。汽车空调 分为两个管路,分别是高压管路和低压管路。高压侧主要包括:压缩机的输出侧、冷 凝器、高压管路、贮液干燥器及液体管路。低压侧主要包括:压缩机的输入侧、压缩 机机油池、 蒸发器、 积累器和回气管路。 针对不同款的汽车空调系统的类型和布置方 式也不大相同。 当前的汽车普遍采用的是冷暖一体式空调系统。 它的布置型式是把操 纵机构、 蒸发器、

24、暖风散热器和离心式鼓风机等装置组装在一起, 因此称为空调器总 成 2-4。汽车空调的主要组成部分:1. 贮液干燥器:实际上是一个用于吸收制冷剂水分、杂质和贮存制冷剂的装置。 它不仅相当于汽车的油箱, 当因为制冷剂泄露而多出空间时进行制冷剂的补充。 而且 还相当于空气滤清器, 能够过滤掉制冷剂中存在的杂质。 同时贮液干燥器中还存有一 定量的硅胶物质,可以起到吸收水分的作用。2. 冷凝器和蒸发器:这两个装置虽然名字不一样, 但是它们的结构类似。 它们都 是将散热用的金属薄片布在一排弯绕的管道上, 用来使管道内物质和外界空气进行热 交换的装置。 冷凝器的冷凝原理为利用管道内的制冷剂的散热作用, 使之

25、从气态凝成 液态。具体工作原理与发动机的散热水箱相似 (主要区别为水箱的水一直是液态 ,所 以经常将它安装在车头,与水箱一起。总之冷凝器是哪里比较凉爽就将其放在哪里, 以便其散热冷凝。 蒸发器和冷凝器正好相反, 它是制冷剂蒸发吸收热量的场所即由液 态变成气态。3. 管道是当要注入一定压力的制冷剂时, 所采用的金属管道。 特别是在系统的高 压段即压缩机到冷凝器到制冷剂瓶到膨胀阀这段, 比其它的管道耐高压要求更为严格。 4. 压缩机的主要作用就是进行压缩, 使制冷剂在高压下完成从气态到液态的转变 过程, 从而达到制冷剂散热液化的目的。 压缩机是空调制冷系统的心脏, 它是使制冷 剂可以在系统内循环的

26、动力来源。 同时对整个空调系统来说, 压缩机还是管路内介质 正常运转的压力源, 如果失去了它的作用, 系统不仅不可以制冷而且还会失去运行的 动力。4压缩机可以分为两类:活塞式压缩机、斜盘式压缩机。活塞式压缩机的结构与发 动机类似,由曲轴、连杆、活塞、气缸等部分组成,但是压缩机并不会产生能量,所 以发动机的喷油咀和火花塞就取消了。 由于长途货运车或大客车的空间较大, 从而体 积较大, 所以普遍使用损耗较小的活塞式压缩机。 而斜盘式压缩机体积较小, 质量较 轻,容易在狭小的发动机室内安装排布,所以广泛应用于一般的轿车和小型商用车。 虽然这两种压缩机在结构上有很大的区别, 但实际上它们都是由发动机转

27、动提供 动能, 使压缩机内活塞的进行往复运动, 并以此对空调系统的管路形成压力, 从而达 到压缩制冷剂的目的。 值得一提的是, 压缩机的旋转轴的动力是通过磁性离合器及皮 带与发动机曲轴相连获得的。 磁性离合器的作用是当装在蒸发器出风口的传感器感知 出风的温度不够低时, 它就会通过电路传输控制信号使压缩机的磁性离合器闭合, 这 样压缩机可以随发动机运转从而实现制冷。 当出风口的温度低于设定的温度时, 控制 电路则控制磁性离合器切离, 这样压缩机就停止工作。 如果这一控制不起作用, 压缩 机将会不断的工作, 使蒸发器结冰造成管道压力过高, 最终破坏系统甚至造成严重的 损坏。第 3.2节汽车空调系统

28、的工作原理汽车空调的制冷原理与我们熟悉的家用空调是一样的,它们都是利用 R12或是 R134a 压缩释放的瞬间体积会急剧增加, 体积增加会吸收大量热能从而实现制冷。 (由 于 R12对大气臭氧层有严重的破坏作用,出于环保的要求,发达国家从 1996年开始 改用对臭氧层没有损坏的 R134a 做制冷剂 。 汽车空调的结构与家用的分体空调类似, 往往将压缩机安装在发动机上,并且用皮带传动驱动 (也有直接驱动的 ,冷凝器一般 安装在汽车散热器的前方, 而蒸发器一般安装在车内。 具体的工作原理是:工作过程 中, 从蒸发器出来的制冷剂处于低压气态, 流经压缩机后变成高压高温的气体, 经过 冷凝器散热管降

29、温冷却后变成高压低温的液体, 然后经过贮液干燥器除湿与缓冲, 以 较稳定的压力和流量流向膨胀阀, 最后经果节流和降压后流向蒸发器。 致冷剂遇到低 压的环境就会蒸发, 从而吸收大量的热量。 使车厢内的空气不断流经蒸发器, 就会使 车厢内温度降低。 液态的致冷剂流过蒸发器后会再次变成低压气体, 又重新被吸入压 缩机进行下一次的循环工作。 在整个系统运行过程中, 膨胀阀是控制致冷剂进入蒸发 器的开关, 致冷剂进入蒸发器的量不宜太多也不宜太少, 太多就不易蒸发而太少冷气 又会不够, 因此需要膨胀阀进行调节控制。 而压缩机类似于系统的心脏, 是系统循环 的动力源泉。5汽车空调节能技术探讨虽然汽车空调系统

30、的工作原理与其它空调系统是相同的, 但是它们的工作环境不 同, 汽车空调是移动式车载的空调装置, 与固定式空调系统相比, 动转的条件更加恶 劣, 汽车行驶过程中会不停的颠簸, 因此空调系统的制冷剂比固定式空调更容易发生 泄漏, 空调系统的维修与保养也比固定式频繁, 空调装置中风路系统在吸入新风时常 常会将尘土吸入, 堵塞过滤网和蒸发器, 在清洗过程中制冷剂往往会被泄放到大气中 去。造成臭氧层消耗,破坏了环境。目前最好的方法是用 R134a 来替代 R12,它的热 力性质与 R12相似,是一种不含氯的氟利昂,因此不会破坏臭氧层,所以,现在的 新车基本都使用 R134a ,即人们常说的环保制冷剂。

31、汽车空调不必像家用空调那样每次关机后必须停三几分钟再开,在日常生活中, 车用空调在冬天也应该定期开启一下,让各零件得到润滑。另外,应该注意隔离网, 如果上面附有太多的灰尘则要及时进行更换。 车头的冷凝器在每次洗车时最好用高压 水枪冲洗一下,从而防止散热叶片被杂物 (昆虫、树叶等 堵塞影响散热效果。6第 4章 汽车空调系统节能技术随着我国汽车工业的发展, 汽车空调系统也逐渐得到普及和发展, 由于人们环保 意识的提高, 汽车空调不仅仅要求具备优良的舒适性能, 同时也要求系统能够节能高 效。本章针对汽车空调系统的节能技术进行讨论。第 4.1节汽车空调系统节能技术现状随着人们节能环保意识的提高, 汽车

32、空调的节能问题也引起了汽车相关企业的关 注, 汽车空调技术正在向节能高效化方向发展。 从目前汽车空调系统制冷技术的现状 来看,提高节能性能主要从以下几个方面进行研究开发 5。近年来随着计算机和电子技术的发展进步, 空调系统的控制功能越来越完善, 空 调设备的性能日益提升, 运用这种空调系统可以全天候的进行空气调节, 集制冷、 采 暖、通风等众多功能于一体,在人为设定一定温度、湿度及风量的情况下,控制系统 可以根据车内环境的变化进行多档位、 多模式的调整, 从而设定最佳值, 使车内一直 维持在舒适的人工气候环境,同时还可以自动的进行故障诊断及数字显示等功能。 空调系统向高效节能, 小型轻量化方向

33、发展。 为了要进一步减小空调装置的重量 和体积大小, 必须提高各组成装置的结构紧凑度和效率。 针对此问题, 各国正致力完 善各部件的结构尺寸及制造工艺、改进空调装置的布局,从而提高空调装置的性能。 因此, 节省能量、 噪声较小、 结构紧凑、 体积较小、 重量较轻、 高效且工作性能可靠、 启动性能好的变排量汽车空调将会产生。优化制冷系统,提高能效比。国内生产汽车空调 (尤其是大中型客车空调 的企业 很多, 但是很多企业没有进行产品开发能力, 只是靠靠仿造和拼凑生存, 因此其产品 的能效比根本无从谈起。 而家用空调行业经过多年的市场竞争与发展, 技术已经比较 成熟, 由于对产品的节能降耗越来越重视

34、, 目前已经规定销售的产品必须明示消费者 能效比。 这是汽车空调发展的必经之路。 目前汽车空调制造企业普遍在在汽车空调设 计中通过改进管片式换热器的管流走向和布局;采用高效的换热器 (如平行流冷凝器 等 ; 调整气流走向 (如利用汽车的迎面风速等 ; 增加过冷管路的长度; 调整制冷系统 的参数,降低冷凝温度等措施,在不增加成本的情况下来提高能效比。目前实现汽车空调的能量调节, 普遍采用可变排量压缩机技术。 经过大量试验结 果显示,通过在活塞式压缩机上加装能调阀,可以实现 50%或 100%的能量进行转换 调节; 通过采用轿车空调广泛使用的可变排量压缩机组合, 在注意解决小排量压缩机7汽车空调节

35、能技术探讨使用的边界条件下,已经解决了部分客车空调能量的调节问题;采用螺杆式压缩机, 可以实现客车空调冷量在 0100%之间的无级调节。通过提高汽车空调的自动化控制水平, 对舒适和节能问题进行优化。 国外的自动 轿车空调系统已经发展到相当高的水平, 精准的控制调节不仅大大加强了舒适性, 也 减少了能量损耗。 这也是汽车空调的发展趋势。 通过改善汽车及空调的保温密封性能, 减少冷量的损失。 为了解决汽车上发泡厚度及热桥消除等问题, 通过在将空调放置在 汽车顶上,壳体采用轻质隔热性能好的新型复合材料。通过流线型外型的设计, 减少行驶过程中遇到的阻力。 现在汽车空调普遍向超薄 型发展, 为了保证汽车

36、整体造型的美观, 同时可以减小风阻系数, 汽车厂已经和空调 厂开展联合技术设计。 通过采用新技术、 新材料, 努力降低汽车空调的质量。 小型化、 轻量化不仅节约了原材料的消耗,而且还减轻了汽车整体的重量,从而降低了油耗, 这是技术进步的体现。例如上面提到的壳体复合材料的应用;平行流冷凝器的应用; 甚至传动机构的改进,都可以达到此目的。在市场需求快速增长的情况下, 汽车空调市场进入了新的发展阶段, 汽车制造商 不断地根据市场需求更新设计, 在人们节能和环保意识不断增长的情况下, 期望通过 发展汽车空调制冷新技术来提升汽车性能, 目前汽车空调节能技术正在不断发展进步。 第 4.2节汽车空调节能遇到

37、的问题及解决方法目前汽车空调系统的节能遇到的问题及解决方法主要有以下几种 6-7:换热器性能的优劣直接影响着汽车空调系统的节能性能, 由于汽车空调向小型化 方向发展,从而换热器也需要向着体积小、重量轻的高效小型化的方向发展。因此, 针对目前换热器体积较大的问题,换热器应该进行改进,有以下几个改进方向:结构改进换热器中的冷凝器可以应用平流式冷凝器, 这种冷凝器改变了传统制冷剂的单通 方式, 采用平行流设计的方法, 就是在冷凝器的入口处安装一个分配管, 使制冷剂可 以比较均匀的流进平流式冷凝器的每支传热管中, 在出口处会有另外一支收集管进行 制冷剂的收集。 平流式冷凝器的结构如图 1所示, 与管带

38、式冷凝器相比, 具有更强的 换热能力, 并且可以使冷凝温度及压力降低, 同时空调系统的排气压力和输入功率也 会随之下降。8 图 1平流式冷凝器1-圆筒集管; 2-扁平椭圆形冷剂管; 3-空气侧散热翅片; 4-跨接管。传统的单通冷凝器在工作过程中, 制冷剂气体在管中会逐渐降温, 从而冷凝成液 态,制冷剂液膜较厚的传热长度大约占总长度的 20 %,但是在平流式冷凝器中,制 冷剂液膜厚度在整个传热管中都比较薄, 液态的制冷剂会在传热管的出口处流出, 并 在收集管的底部汇集,然后被导向膨胀阀,平流式冷凝器压降一般都比较小。 换热器中的蒸发器则采用层流式, 它类似于板式换热器, 如图 2所示, 制冷剂会

39、 在非常小的传热板间流动, 空气侧与传统的换热器相似, 安装有散热翅片来增加传热 的面积。 图 2层流式蒸发器空气侧强化换热改进翅片最早的换热翅片是平片的,这种形状的翅片换热系数较低。为了提高换热器的换 热能力, 经过比较可知, 翅片的形状对换热能力有较大影响, 因此人们在翅片的表面 制造出不同的形状,有波纹片、条缝片、超级条缝片。换热效果差异明显,波纹片比 平片提高 20%左右、条缝片比平片提高大约 70%、而超级条缝片比平片提高了 1-2倍。翅片表面进行亲水膜处理9汽车空调节能技术探讨 10 因为汽车空调蒸发器会存在凝露积水的现象,凝露水不仅会加大风压损失,而且 同时会使风量减小、 制冷量

40、减小。 因此一些技术人员提出在翅片表面进行亲水膜处理, 处理方法就是利用化学方法在翅片的表面生成一层厚度为 1-2um 的亲水膜层,使原 来的冷凝由珠状变成膜状, 凝冷水呈膜状后, 会沿着翅片流下, 从而使换热器的风阻 变小、风量增大、功耗降低、噪音降低、制冷量提升。试验结果表明:进行亲水膜处 理后的翅片, 风压损失大概减小了 40%-50%、 风量增加 5%-10%、 制冷量增加 5%-10%, 节能效果明显。管内侧强化换热采用机械加工的方法使管内壁变成较为密集的翅片和沟槽,被称为内螺纹管,来 达到强化换热的目的。内翅片管的形状如图 3所示,其中 A 型是齿形和沟槽均为梯 形, B 型是齿形

41、和沟槽均为三角形, C 型是齿形为三角形沟槽为梯形。经试验表明, C 型内螺纹管的换热性能明显高于 A 型和 B 型内螺纹管,且螺纹管的换热性能比光 管提高了 1.5-2.5倍,而压力损失只比光管增加了 3%-5%。图 3 内翅片管形状压缩机的效率有待提高, 因为压缩机作用相当于汽车空调的心脏, 在很大程度上 决定着整机的运行情况。 按照汽车空调压缩机出现的先后顺序可分为第一代的曲轴连 杆往复活塞式、 第二代的摇板和斜盘往复活塞式、 第三代的旋叶和滚动活塞式、 第四 代的涡旋和变容量式。 第一代的曲轴连杆式在汽车空调上已经比较少见, 目前只用于 一些大型客车上,主要缺点是结构不紧凑、转速较低、

42、惯性力太大、容积效率较低。 摇板式和斜盘式压缩机省去了中间的连杆,因此结构相对紧凑,惯性力也比之前小, 目前我国的汽车空调中还广泛应用着这种结构。 但是往复式的共同特点是运动惯性力 还是较大,运动速度不能太大,而且由于余隙容积、吸排气阀阻力等情况的影响,容 积效率较低。 旋叶式和滚动活塞式压缩机由于没有吸气阀、 运动摩擦器件较少、 转速 比较高, 因此容积的效率提高了 25%左右。 但是它润滑和密封要求比较严格, 制造精 度要求相对较高,需要用高精密机床进行加工。涡旋式压缩机是最近发展起来的一种性能比较优异的压缩机。由于没有吸气和排气阀,因此工作可靠性较高、寿命较长, 容积效率比滚动活塞式提高

43、了将近 10%, 运 转比较平稳,吸气及排气连续、气流脉动较小,并且扭矩均匀变化,最高转速已经达 到了 13000r/min, 体积比往复式缩小了将近 40%、 重量比往复式降低了 15%、 绝热效 率提高了将近 10%。 目前存在的问题是, 涡旋式压缩机在加工工艺方面难度相对较大, 需要使用专门的精密数控加工设备,目前国内正在加紧研发这种机型。汽车空调的工作原理是通过压缩机设备将蒸发器中的低温低压的制冷剂气体吸 入, 并经过绝热压缩变成高温高压气体, 最终将气体送到冷凝器中, 在冷凝器中被冷 却成高温高压的饱和液体, 然后进入到储液干燥过滤器经过节流作用转化为低温低压 的气液两相体后流入到蒸

44、发器, 在蒸发器中与车内高温空气进行热交换, 从而使汽车 内部的空气温度降低, 而制冷剂因吸收了热量转化为低温低压的过热蒸汽, 然后进入 压缩机被压缩,这样就完成一个循环过程,周而复始循环就会使制冷源源不断进行。 但是由于冷凝器和汽车水箱散热器相距太近, 在实际运行过程中, 必然会影响到散热 效果, 另外汽车一般运行在比较复杂的环境中, 冷凝器的肋片上会因此积聚大量的灰 尘和其他杂质, 这也会影响到其散热量。 这样就会导致汽车空调需要消耗较多的能量 才能达到冷却车内空气的效果, 间接就导致了汽车耗油量的上升。 因此为了提高冷凝 器的散热效果,可从以下几个方面入手:(1采用管带式结构代替管片式。

45、管带式就是由一条连续的合金材料经过挤压等 操作使其变成多孔通道的椭圆扁管。 然后进行机械弯曲行成等间距的蛇形管。 并在管 间焊上双向百叶窗式条缝并折成 V 形或 U 形的散热片。这样的结构比管片式结构的 传热效率提高了 15%20%。(2减小冷凝器管道内的流通阻力。制冷剂在管道内流动时会遇到一定的阻力, 造成能量损失,如果可以降低其流通阻力,就会降低压缩机的功耗,进而降低油耗。 如上所述, 采用平行流冷凝器可有效解决这一问题, 实验表明, 采用平流式冷凝器散11汽车空调节能技术探讨热量会提高 30%40%,阻力降低 30%左右。(3增大冷凝器的面积, 这样做虽然增加一定的成本, 但实验表面,

46、面积增加 10%, 其散热量会增加 15%左右。但增大面积会使增长制冷剂的回路,导致阻力相对增大。 (4适当的增加冷凝器和水箱散热器的间距。因为影响冷凝器散热的一个重要因 素就是附近的水箱散热器, 适当增大两者之间的距离, 可以大幅度提高散热量, 但这 样做会增加汽车的体积。(5定期对冷凝器进行清理,及时清理浮着于肋片上的灰尘和杂质。这样做就可 以增大空气的流通,增强换热,减小压缩机的能量损耗,降低油耗量。传统的汽车空调系统普遍采用热力膨胀阀进行节流, 这种方法的缺点是响应速度 慢、滞后时间较长、误差比较大。然而采用电子膨胀阀,信号传递快、响应迅速,并 且因为它是直接检测蒸发器出口的过热度,

47、蒸发器的过热面积减小, 蒸发器的利用率 得到提高,系统节能达到 10%以上,还能与汽车空调系统的智能控制相适应。夏季汽车空调系统可以降低车内温度的主要原因是:空调系统单位时间内通过制 冷剂排出的热量大于从外界进入到汽车内部的热量。 当车内温度达到稳定时, 制冷剂 带走的热量与外界进入到车内的热量相等。 可见如果汽车门窗的隔热保温性能好, 必 然会减少压缩机的功耗。(1车身和外界接触面积最大的部位是车身的围护结构,它直接承受太阳光的照 射, 并且受到外界气流的影响。 车身的围护结构主要包括前后左右侧和车顶盖等部位, 隔热保温效果严重影响着汽车空调的能耗。 通过增加聚胺酯发泡层的厚度可以明显降 低

48、汽车空调的油耗。(2车窗玻璃占的面积也比较大,实验证明,车内热量的 35%左右是通过车窗玻 璃经过传导和辐射两种方式进入车内的。 因此采用导热系数小的玻璃, 同时采用遮阳 效果较好的车膜,可以减少这部分热量的产生。(3车门的隔热保温。车门的隔热保温分为两部分 :一是车门本身;二是车门周围 的缝隙。 对车门本身可以采用隔热发泡加胶皮进行隔热, 针对车门周围的缝隙, 可以 将密封橡胶条安装于接缝处。(4 空调压缩机和发动机的隔热。发动机会散发出大量的热,虽然大部分热量都 1213通过水箱的散热器散发出去, 但是如果不进一步采取措施, 仍然会有部分热量进入车 内。 空调压缩机在运行过程中也会产生一定

49、的热量, 这部分热量也不容忽视。 因此要 对这两部分与车内直接相连的部位中间进行隔热, 另一方面是要保证它们之间有通道 进行散热, 从而使散发出的热量可以释放到车外, 最大程度上阻止发动机舱内的热量 进入汽车内。由于汽车空调系统的滞后性、非线性、复杂性,并且没有精确的数学模型,因此 采用传统的控制方法已经不能满足人们的要求; 基于模糊理论的控制技术, 不必知道 控制目标和控制对象精确的数学模型, 因此这种方法比较适用于大滞后和非线性控制 系统。模糊控制的原理就是根据设定的隶属函数求出控制输入 (偏差和偏差变化率 的 隶属度,然后进行模糊规则计算,得出模糊控制的输出,再对模糊量进行计算,得出 需

50、要的控制输出量, 从而实行对执行机构的控制。 汽车空调模糊控制框图如图 4所示。 隶属度计算计 算 热负荷 膨胀阀开度 压机排量 风机风量模糊控制规则 温差变化计算 车室温图 4 汽车空调模糊控制框图汽车空调具有车门打开关闭的次数多、 乘客比较多、 室外气温和太阳辐射变化较 大等特点,其控制过程考虑因素较多。具体控制过程如下 :(1根据汽车内部的综合温 度及壁面温度, 湿度以及空气流速, 最终以人体舒适感为基础, 对车室内的理想温度 进行模糊修正; (2用上述修正后的设定温度和车室内实测的温度进行比较,然后由 模糊控制规则推出输出结果对温度进行调节; (3根据车外温度和乘客的满员率对控 制输出

51、进行热负荷模糊修正; (4根据车门开关情况,对控制输出进行修正,得出准 确的控制输出,完成控制过程。自从汽车诞生以来, 汽车工业就进入到快速发展的过程中, 目前很多国家已经把 汽车工业作为自己国家重点支柱产业中不可缺少的一部分。 特别是近几年来, 中国汽汽车空调节能技术探讨车销售量急剧增加, 尤其是轿车的销售量更是出现了创记录的高速增长, 同时, 巨大 的汽车尾气排放量意味着对能量巨大浪费, 因为汽车排放的尾气的最高温度可以达到 600到 700之间,因此排入到大气中的热量十分惊人,对环境造成极大的影响。 怎么回收汽车尾气中的热量引起了人们的注意 8。目前,汽车的空调大部分都是使用汽车的发动机

52、或者辅助发动机作为动力来源, 这种方式存在以下几个方面的问题:由于把发动机部分的能量用于空调压缩机,对汽油的消耗平均增加 16% 20%。由于发动机的部分能量转移到了压缩机,发动机输出功率受到影响,减少 10%12%, 因而造成能量配置方面产生一些问题, 在一些小排量的汽车中较为明显。 汽车空调的工质对环境的破坏。早期常用 CFC12作为汽车空调的工质,因为 这种工质不仅会破坏臭氧层, 而且还会造成温室效应, 于是根据 关于破坏臭氧层物 质的蒙特利尔协议已经禁止使用。现在使用的替代产品是 HFC134,虽然不会破坏 臭氧层,但是也能导致温室效应,并且价格比 CFC12贵 3到 5倍,由于人们对

53、环境 的关注度越来越高,它的使用范围在未来必将受到限制。所以说利用废热作为空调系统的动力来源, 具有十分重要的意义。 这种汽车空调 的使用不仅可以降低排入到大气中的尾气温度, 让人们呼吸的空气得到了净化, 而且 还可以防止汽车制冷剂发生泄露而引起温室效应并且对臭氧层产生破坏, 更好的保护 环境, 同时也可以大大节约汽车的能耗, 减少化石能源的消耗, 避免了小排量汽车由 于开汽车空调而出现的动力不足等问题。由于现代的汽车普遍采用较为紧凑的设计和更大的单位体积功率的发动机, 而且 发动机的强化程度越来越高, 因此产生的热流密度也随之显著增大, 导致几乎所有的 发动机面临了这样的问题:怎么解决高功率

54、密度下的冷却及热平衡, 如何同时满足不 断提高的输出功率和良好的经济性。由于汽车发动机在很高的温度下进行工作循环,最终的燃烧温度可以达到 17002 000,甚至更高;气缸壁可以达到 200300,气缸盖内壁和活塞顶部可 以达到 300400;进气门头部将近 300400;排气门头部大约 600800。在14如此的高温度下,零件的强度、耐磨性将大大下降;正常的配合遭到严重破坏,机油 消耗巨大, 润滑条件极度恶化, 显然汽车发动机在这种情况下是无法正常工作的。 因 此, 必须要冷却发动机, 这个工作主要是由冷却水完成的。 所以冷却水的温度在完成 冷却工作后会上升。 经过循环往复的工作, 冷却水温

55、度也会升高, 如何降低冷却水的 温度引起人们的关注。为了解决这个问题,人们提出把发动机冷却水的温度用来为空调系统提供动力, 这样会节省当汽车空调运行时, 汽车的发动机提供给汽车空调的那部分能量, 或者是 节省辅助发动机的那部分能量。发动机的冷却水为汽车空调提供动力完美的诠释了节能这一概念。 利用发动机冷 却水余热为汽车空调系统提供动力来源得到了人们的认可。发动机冷却水作为空调系统动力工作原理是:利用两种沸点不同的物质所组成溶 液的气液平衡特性来完成制冷作用的。 具体工作过程是:利用汽车冷却水的热量加热 装有不同沸点的两种物质组成的溶液, 溶液中低沸点的物质会被蒸发出来, 在冷凝器 中放热凝结成

56、液体, 然后经过节流阀降到蒸发压力后, 流入到蒸发器中进行蒸发制冷 作用。 溶液中的高沸点物质经过另外的节流阀降低压力后与从蒸发器过来的低压制冷 剂混合, 混合后溶液浓度与原来的溶液浓度一样, 再次经过溶液泵进行升压, 继续用 冷却水对其进行加热, 循环工作, 蒸发器就会连续进行制冷。 这种空调系统所用到的 溶液主要由水 -溴化锂工质对和氨 -水工质对组成,后一种物质比较适合用在汽车空调 上。空调系统是舒适性装置, 汽车内部温度是舒适性的重要指标。 车内温度取决于车 外温度、空气流量以及太阳辐射的大小。当车外温度超过 20摄氏度以上,车内的舒 适温度只能靠冷风降温达到。 传统空调是人工调控的,

57、 在空调控制面板上有一个温度 调节旋钮, 实际上是一个可变电阻装置, 它与蒸发器内的温度感应电阻组成串联电路, 当温度改变时, 这组电路的阻值发生变化, 从而控制压缩机的电磁离合器, 当温度低 时将离合器分离,空调停止工作;当温度高时将离合器合上,空调继续工作。这样的 控制方式比较简单, 但温控调节粗糙。 自动空调则是自行调控, 它能够依据车厢温度 自动调节出风温度,具有平滑柔顺性,温控调节精细。另外自动空调有自检装置,可 以及早发现故障隐患。自动空调要有一个“控制中枢” ,外加探测仪器等部分。因此,自动空调控制系15汽车空调节能技术探讨统由四部分组成:一是传感器部分, 专门负责温度信息反馈。

58、 二是系统 “控制中枢” , 也就是空调器控制部件 ECU 。三是控制部件,包括空调系统冷凝器电动机、蒸发器电 动机等,包括混合气流电动机、气流方式电动机,用以控制冷暖气组合、开启或关闭 正面、侧面和脚部的出风口。四是自检及报警部分。单从上述结构看,现代汽车的自 动空调就比传统空调复杂得多。自动空调控制系统的传感器一般有车厢内温度传感器、 车厢外温度传感器、 蒸发 器温度传感器、太阳能传感器、水温传感器等。其中水温传感器位于发动机出水口, 它将冷却水温度反馈至 ECU , 当水温过高时 ECU 能够断开压缩机离合器而保护发动机, 同时也使 ECU 依据水温控制冷却水通往加热芯的阀门。 各个传感器将温度信息反馈到 ECU , ECU 通过“混合风档”的冷暖风比例而控制空气流的温度,例如当温度过低时 ECU 指令冷气流经加热芯升温,当温度过高时则增大冷气,当车厢内温度达到预定值 时, ECU 会发出指令停止“混合风档”伺服电动机运转。同时, ECU 还通过“方式风 档”伺服电动机控制气流流向,确定出风口的吹风角度。而多传感器自动控制的空调系统这种装置是采用多个传感器实现 ECU 自动控制 , 这样, ECU 有多种传感器的温度数据输入, 就能更精确地控制空调, 可将车内的温度、 湿度、 空气流动速度、 冷凝风扇转速、 出风量及鼓风档位等自动控制在最