国外汽车空调系统技术发展趋势

1、国外汽车车空调系系统技术术发展趋趋势摘要近近年来,环保和和能源问问题成为为世界关关注的焦焦点,也成为为影响汽汽车业发发展的关关键因素素,各种替替代能源源动力车车的出现现,为汽车车空调业业提出了了新的课课题与挑挑战。结结合国际际汽车空空调学会会()、美国国汽车工工程师学学会()和美国国环境保保护机构构()对汽车车空调业业的有关关政策,对国外外汽车空空调系统统技术的的发展趋趋向进行行了讨论论,以期为为国内汽汽车空调调制造业业的同行行们提供供参考。关键词市政工工程环环境保护护综述述汽车车空调摘要近近年来,环保和和能源问问题成为为世界关关注的焦焦点,也成为为影响汽汽车业发发展的关关键因素素,各种替替代

2、能源源动力车车的出现现,为汽车车空调业业提出了了新的课课题与挑挑战。结结合国际际汽车空空调学会会()、美国国汽车工工程师学学会()和美国国环境保保护机构构()对汽车车空调业业的有关关政策,对国外外汽车空空调系统统技术的的发展趋趋向进行行了讨论论,以期为为国内汽汽车空调调制造业业的同行行们提供供参考。关键词市政工工程环环境保护护综述述汽车车空调1汽车空空调系统统在汽车车中的重重要性日日益突出出国际汽汽车市场场竞争日日趋激烈烈,为获得得市场,生产出出价廉、安全、舒适和和低排放放的汽车车是各大大汽车生生产商的的努力目目标,汽车制制造商不不断地根根据用户户的要求求更新汽汽车设计计,并期望望通过利利用新

3、技技术来提提供更好好的性能能,而是否否需要增增加成本本则主要要取决于于获得的的利益(如环保)是否足足以补偿偿。汽汽车空调调系统作作为影响响汽车舒舒适性的的主要总总成之一一,为汽车车提供制制冷、取取暖、除除霜、除除雾、空空气过滤滤和湿度度控制功功能,汽车空空调系统统已成为为汽车市市场竞争争的主要要手段之之一。其其中,采暖系系统可使使乘员避避免过量量着装、为车窗窗提供除除雾和除除霜功能能,提供舒舒适性和和安全服服务;冷气系系统则通通过制冷冷、除湿湿来提供供舒适性性,通过使使司机保保持警醒醒、允许许关窗等等措施提提供了安安全服务务;采暖和和冷气系系统还可可提供除除尘、除除臭的功功能。这这些功能能已成

4、为为车辆必必不可少少的要求求。虽然然目前轿轿车的燃燃油余热热足够提提供轿车车内的采采暖和除除霜的需需要,但近期期研制的的高效汽汽油、柴柴油发动动机的余余热会进进一步减减少,电动车车和混合合动力车车则不得得不牺牲牲驱动性性能来提提供采暖暖和制冷冷,因此必必须通过过提高汽汽车空调调系统的的效率来来减轻汽汽车的动动力负担担。对于于新一代代的环保保型汽车车,如电动动、混合合动力、燃料电电池和其其它的低低排放车车辆,由于本本身动力力远小于于传统动动力车辆辆,能够提提给空调调系统的的动力极极为有限限。拥有有一套节节能高效效、性能能可靠的的空调系系统对开开拓市场场至关重重要。2评价汽汽车空调调系统性性能的汽

5、车车动力的的更新和和新技术术的应用用,对汽车车空调系系统提出出了新的的挑战,也给许许多新技技术的应应用创造造了机会会。蒙特利利尔议定定书规定,原来在在汽车空空调系统统使用的的工质12,在发达达国家的的使用已已经在19996年停止,在发展展中国家家则在20006年停止止。由于于各方面面的努力力,12已逐渐渐被134所取取代,我国从20001年1月1日起已已禁止在在新生产产的车辆辆中使用用12为工质质的汽车车空调。134具有有(大气臭臭氧层破破坏指数数)为零、(温室效效应指数数)为12的六分分之一、不可燃燃、低毒毒性、制制冷量和和系统性性能与12相当等等优点,因而作作为过渡性的替代代工质在在世界范

6、范围内得得到认可可,但由于于它的温温室效应应指数仍仍然较高高(为2的13000倍),已列入京都协协议规定限限制发展展的工质质范畴。为准准确评价价新技术术在汽车车空调业业的应用用可行性性,国际汽汽车空调调学会()、美国国汽车工工程师学学会()和美国国环境保保护机构构(.)合作,并提出出汽车空空调生命循循环气候候指数(,简称)的概念,来评价价汽车空空调系统统工质及及燃油消消耗等综综合指数数,所谓生命循循环气候候指数包括了了从产品品生产、使用的的原材料料和部件件到废品品处理所所造成总总的直接接和间接接排放。汽车空空调运行行引起的的温室气气体排放放量约占占汽车排排气管排排放量的的2%10%,随着高高性

7、能发发动机的的使用,这一比比例逐渐渐变大。目前使使用汽车车空调在在总的温温室气体体排放中中所占比比例仍很很小。在在美国,统计的的汽车空空调引起起的温室室气体排排放约占占全球温温室气体体排放的的0.11%。温温室气体体排放发发生在汽汽车生命命周期的的每一阶阶段:生产、使用、回收处处理。表示从从生产到到回收的的排放量量,包括零零部件材材料使用用的能量量造成的的排放。概念念比原先先使用的的概念更更为科学学。只包括括了制冷冷剂的直直接排放放和系统统运行能能耗造成成的间接接排放;还包包括了制制造零部部件、制制冷剂消消耗的能能量、替替换及服服务耗能能。3减少直直接或间间接排放放的手段段温室室气体的的直接和

8、和间接排排放量依依赖于空空调系统统及其零零部件的的设计水水平和产产品质量量,同时跟跟车辆运运行环境境的温度度和湿度度有关。对一定定的制冷冷剂,直接排排放率主主要受系系统工作作压力影影响,而环境境温度和和压缩机机输入功功率又决决定了制制冷系统统的工作作压力。间接排排放主要要由生产产系统所所需的能能量、保保证一定定舒适性性所必须须提供的的冷量及及制冷系系统的效效率决定定。在某某些环境境下,燃料消消耗引起起的间接接排放远远远大于于制冷剂剂泄漏引引起的直直接排放放量,尤其是是在报废废之前使使用制冷冷剂回收收装置。而在某某些气候候条件下下因为很很少使用用空调,直接排放放则是的主要要部分。减少直接接排放的

9、的措施:1)在维修修和车辆辆报废时时使用制制冷剂回回收和再再利用设设备。2)改进进零部件件质量减减少泄漏漏,降低软软管汇漏漏率并尽尽可能减减少软管管长度,改进管管路接头头,在可能能的情况况用全封闭的结构构代替开开启式压压缩机的的轴封。公司司开发的的新型车车用制冷冷系统双双端面密密封接头头的泄漏漏量与单单型圈密密封接头头的比较较。在1277,3.2表压压下,30天的泄泄漏测试试结果表表明新型型的泄漏漏量减少少了80%。3)减少少制冷剂剂充注量量。4)改用用低值且且蒸汽压压力适当当、渗透透率较小小的制冷冷剂。减少燃料料消耗引引起的间间接排放放:1)通过增增加车厢厢隔热层层厚度、改善车车厢密封封性、

10、减减少玻璃璃传热(如采用用光线选选择性玻玻璃、隔隔热膜)等措施施减少车车厢热负负荷。2)进行行压缩机机容量调调节,减少过过度制冷冷后再加加热而引引起的能能量损耗耗。如日日本电装装开发的的电控变变排量压压缩机用用电磁阀阀代替原原有变排排量压缩缩机的气气动阀(图1),使压缩缩机输气气量可在在0-1100%范围连连续调节节,这种结结构不仅仅节能,而且不不必安装装离合器器,因而减减轻了压压缩机的的质量,并大大大提高了了系统可可靠性。3)通通过控制制、减少少摩擦、蓄热、改善传传热等措措施来提提高系统统零部件件的能源源利用效效率。如如图2为过冷冷型冷凝凝器,该换热热器将传传统的冷冷凝器、贮液器器、干燥燥过

11、滤器器和过冷冷器合成成一体,可确保保节流阀阀前的过过冷度而而提高效效率,且因减减小了贮贮液器的的内容积积而可减减少制冷冷剂充注注量。4)使用用高效率率零部件件以减轻轻质量。5)采用用新的系系统或新新的制冷冷剂来达达到更佳佳的值值,并提供供令人满满意的加加热、冷冷却、除除霜、除除湿、除除雾和湿湿度控制制性能。如一般般车辆在在冬季将将外部空空气经加加热器引引入车室室内除雾雾(新风模模式)时,同样量量的热风风被排出出车外,因此造造成采暖暖负荷的的70%的热量量损失了了。日本本电装开开发的内内外空气气双层循循环系统统（图3）,只将加加热后的的外部热热空气引引入车室室顶部,而使室室内空气气在足部部循环,

12、这样可可减少一一半的热热量损失失。而在在夏季这这种通风风方式约约可节约约40%的动力力。4未来来新型动动力车可可能使用用的空调调系统汽汽车动力力系统的的环保设设计对市市场的影影响要远远远大于于汽车空空调系统统效率对对客户的的影响,然而对对于能源源利用效效率最高高的电动动、混合合动力、燃料电电池及低低排放汽汽车,它们是是否能被被用户接接受却往往往依赖赖于是否否拥有效效率更高高的采暖暖和空调调系统。例如,单用电电力制冷冷和采暖暖可使电电动车和和燃料电电池车的的可行驶驶里程减减少50%以上,以至连连典型城城市交通通都难于于适应。对于日日益开拓拓的家用用轿车市市场,微型车车用于空空调的能能量少于于普通

13、车车辆,但这部部分能量量在小功功率发动动机的输输出功中中占的比比例却不不小。由由于国际际社会的的共同努努力,在全世世界范围围内实现现12到134替代代的速度度和花费费比各公公司单兵兵作战要要小得多多。如果果新的技技术能够够在全球球范围内内被接受受,则可能能有同样样的好处处,但是不不可避免免的是,有些新新的设计计只在某某些气候候条件下下或某些些特殊市市场规则则下才有有优势。因此在在全球范范围内可可能存在在多种技技术选择择。目前前带空调调的汽车车一般在在湿度控控制功能能,空气通通过冷却却除湿后后再被加加热到一一定的温温度,以控制制车窗除除雾并保保证乘客客舒适性性。这一一点在新新的系统统设计中中可能

14、会会遇到挑挑战,例如在在电动汽汽车中使使用热泵泵型空调调供暖,能够提提高能源源利用率率,但要同同时实现现湿度和和温度的的控制却却很困难难。未来新新型空调调系统的的开发必必须与汽汽车开发发同步,以适应应新的变变化:如发动动机效率率提高(余热量量减少)、电气气化、混混合驱动动动力及及其它新新型零部部件使用用后导致致空调系系统特性性的变化化。1).汽汽车电气气化日益益加强新新型的电电子元件件如加热热座椅、娱乐系系统、电电子导航航等在汽汽车上的的应用日日渐广泛泛,为了适适应这些些技术,汽车生生产商正正在拟转转向42系统统。采用用高电压压系统后后有可能能去除皮皮带驱动动的系统统,如发电机机、空调调压缩机

15、机、水泵泵及动力力转向泵泵等。这这使在汽汽车空调调系统中中应用全全封闭压压缩机成成为可能能,并且只只要发动动机舱内内靠近仪仪表盘的的部分在在足够的的空间,就有可可能用金金属管代代替软管管,从而大大大降低低制冷剂剂泄漏。2).电电动车及及一些混混合动力力车需要要负荷调调度电动动车和一一些混合合驱动车车为了达达到高效效和减少少温室气气体排放放的目的的,以尽量量少使用用燃料来来满足动动力要求求。例如如,一些混混合驱动动车在发发动机模模式时利利用多余余动力对对电池充充电,当电池池充电完完成时则则切向电电动模式式。相应应地空调调系统的的设计面面临新的的挑战:因为无无论发动动机模式式和电动动模式时时都需要

16、要空调(或采暖)。丰田田混合动动力车为为了节约约燃料设设计成在在发动机机模式和和电动模模式中间间来回切切换,只在发发动机模模式下开开启空调调,因为空空调的压压缩机由由发动机机通过皮皮带驱动动,发动机机必须运运行以产产生热量量,在汽车车临时停停车或持持续减速速时切换换到电动动模式只有在在需要空空调时才才开启发发动机。本田的的混合驱驱动车有有一个小小汽油发发动机,与电动动马达并并行以补补充动力力。本田田采用独独特的“经济模模式”使发动动机阶段段性地怠怠速运行行,以确保保车室内内保持在在舒适的的温度。在空调调(或采暖)负荷较较大时,需要保保持发动动机连续续运转,以确保保舒适性性。3).新新的零部部件

17、技术术可减少少空调或或采暖负负荷增强强车身隔隔热、改改进门封封结构、玻璃镀镀层和其其它新技技术的应应用都可可减少车车室热负负荷,从而减减少用于于空调或或采暖的的能耗而而减少温温室气体体排放。5技术术选择至少有有六种方方案可减减少汽车车空调系系统的温温室气体体排放量量,三种方方案是改改进现在在134系统,三种方方案是采采用新的的制冷剂剂,每一个个方案都都有其优优缺点。方案一:改进134系统统的维修修和处理理环节在维修修和报废废空调系系统时回回收和再再利用134,以减少少直接排排放对气气候的影影响。这这一方案案需要国国家法律律保证。据估计计发达国国家在12年内的的回收率率可达90%,而发展展中国家

18、家的实施施则需要要23年时间间。方案二:改进1344系统统这一方方案通过过改进传传统的134系统,减少系系统充注注量、提提高部件件品质来来提高系系统效率率。与制制冷剂回回收相结结合,这一方方案的收收益最高高。估计计改进后后的134系统统会在13年实施施。3其传统统134系统统进行了了改造,以变排排量压缩缩机取代代原有170的的旋转斜斜盘式压压缩机,以同样样换热面面积的过过冷式冷冷凝器代代替原平平行流冷冷凝器,以同样样换热面面积的挤挤压管蒸蒸发器代代替原层层叠式蒸蒸发器,以1.5冷吨的的热力膨膨胀阀取取代原系系统中采采用的节节流短管管,新系统统同时采采用了新新型软管管和接头头,使制冷冷剂泄漏漏分

19、别减减少78%和88%。新系系统的充充注量下下降了18%,而系统统则提高高了32%。方案三:全封闭闭134系统统这一方方案是采采用全封封闭的134系统统及制冷冷剂回收收技术,其实施施时间依依赖于电电动汽车车投入市市场的时时间和市市场占有有率,据估计计至少需需要45年时间间。全封封闭系统统在固定定空调中中的使用用已经很很成熟,在汽车车上的使使用没有有大的技技术障碍碍。这种种系统对对目前正正在开发发的传统统内燃机机汽车高高电压系系统和未未来的电电动、混混合驱动动车都非非常有吸吸引力。方案四:在改进进的系统统中使用用碳氢制制冷剂汽汽车生产产商和供供应商们们在正研研制使用用碳氢为为制冷剂剂的汽车车空调系系统,尤其是采采用载冷冷剂方式式降低可可燃性危危险的两两级系统统更有吸吸引力。19999年开发发了带两两级冷却却循环的的碳氢系系统(图4),并在凤凤凰城会会议上与与134系统统进行了了比较,但新系系统的效效率和可可靠性仍仍有待进进一步的的研究。在汽车车中使用用可燃制制冷剂必必须经过过大量工工程验证证和测试试,而且在在商业化化以前必必须经过过制订标标准、维维修程序序、生产产和技工工培训的的过程。但这一一方案与与封闭系系统和二二氧化碳碳