汽车空调之我见

引言近几年，社会经济发展很快，人们生活水平不断提升，汽车行业迅速崛起，使用小轿车用户数量急剧增加，在很大程度上改变人们的出行方式。起初，消费者比较关注企业的安全性和可靠性，但是随着时代的发展，人们更加注重轿车的舒适度。所以，空调系统作为汽车中一个举足轻重的配置，已经大众化、普及化也越来越智能化。近些年来新能源已然成为了大家关注的对象，也成为了影响汽车行业发展中的领先者，各种新能源动力汽车的出现为汽车空调整个行业开拓了一个新的市场。

自20世纪70年代以来，伴随着汽车空调系统慢慢地普及与发展，汽车空调发展过程中主要经历四个环节，第一阶段：引进期。起初空调内部零件主要是依靠进口CKD组装。第二阶段：成长期。随着中国汽车工业的快速发展，推进了汽车空调和热管理系统控制部件的国产化。第三阶段：成熟期。2010年以后，市场竞争开始进入平稳状态。第四阶段：新能源的风生水起。当前，新能源逐渐兴起，吸引很多人的关注，以经济环保著称。汽车空调的安装已经比较普及，方便了很多人的出行，现在已经成为了汽车的一个标准配置。新能源对于汽车空调来讲，会是一种机遇，也是一项挑战。本论文着重针对汽车空调系统的基本性能、功能、组成及工作原理、设计与工艺进行探讨。通过对汽车空调系统的简要介绍，实现对空调系统的一定了解，并希望在未来的实际工作中得到应用。

2汽车空调技术的简介2.1汽车空调发展的基本概况2.1.1汽车空调的发展与现状根据有关历史，我们能够了解到，在1925年美国首次推出可以使用汽车冷却水实现供暖的目标，标志着供暖业新的开端。在1927年，供暖体系相对来说比较完善，主要发展的有暖风、鼓风机和空气滤清器。到了1939年，美国首次提出在轿车上安装空调，并实施成功，开创了空调和轿车新时代。后来第二次世界大战发起，在很大程度上妨碍了汽车空调的发展。过了几十年之后，汽车空调又一次进入人们的视野中，欧洲、日本开始为轿车为轿车安装空调。在1964年，美国某巨型汽车企业第一次在某款型的轿车上成功安装自动化空调，方便驾驶员享受。后来，微型计算机技术开始崛起，发展速度很快，领域逐渐扩大，应用在汽车空调的配置中，进一步完善了空调的作用，实现空调冷暖通风一体化等目标，如果在行驶过程中出现故障，会在显示屏上显示出来，驾驶员能够根据故障显示代码快速判断故障原因，并能快速修复。

当前，高档轿车已经完全实现了全自动空调，同时和别的电控系统共同组成局域网，能够自动根据轿车四周的环境、温度等情况，自动调节空调的度数，给车内人员最佳的体验，方便了驾驶员的工作，另外还节省燃料，提升资源的利用率。2.1.2汽车空调的发展趋势随着小轿车行业的迅猛发张，与之息息相关的汽车零件行业也得到了快速的发展，汽车空调能够提高人们乘坐舒适性的重要性已得到广大汽车制造企业及消费者的认可，目前，相信所有的轿车全部安装了空调设备，汽车空调的配置是否高档，是否智能化已经成为人们选购汽车时重要考虑因素之一。2.2汽车空调的定义

车载空调是空调领域中一个重要的分支，它通过某种方式实现对车厢内空气进行冷却，加热，换气和净化空气的装置，控制室内温度，风速，湿度，清洁度并让其以一定速度在车内流动和分配，为开车人员及乘坐人员提供舒适的感觉，提高行车安全。

汽车空调的作用是能够帮助驾驶员在任何气候下都可以创造舒适的开车环境。

舒适性是指人在车内对温度、噪音、味道、温度、湿度、灰尘等各指标的一种感受，收否满足人身体的需求。2.3汽车空调的主要功能2.3.1制冷功能从本质上看，汽车空调和家用空调的制冷原理是一致的，其中都应用到了一个关键的配置，即压缩机。它发挥重要的作用，主要是用来实现空调内部低压和高压、低温和高温的转换工作。它基本都采用定频式,简言之就是只要你打开空调，耗油量就是一个固定值,这与我们认为的温度高低与油耗是成正比的观点是截然不同的。油耗与温度调节无关。温度升高的原因是因为空调系统打开内部的阻尼器的热水部分，并且在冷却的同时中和冷空气中的热空气。获得人体感受到的舒适温度。2.3.2制热功能然而，车载空调制热原理和压缩机无任何联系，制热效果主要是通过汽车的散热器（又叫暖风）实现热能供给的，因此制热过程本身是不需要消耗能量的,只是恰巧利用了汽车的余热而已。首先壳体决定了暖风的大小和外形，然后对散热带和散热管进行选型以及散热带和散热管的组合搭配在很大意义上决定了空调的制热性能，当然还与风量，流量等也有直接关系。2.3.3通风功能通风主要是为了保持车内清新的环境，通过利用换气稀释或通风排除等方式，隔绝外部环境中的污染源的侵袭，同时把汽车内部不良气体等排放出去，进而维持内外部环境的一种平衡，保障空气质量。2.3.4除湿功能空气除湿功能，主要应用在阴雨天气中，在这个时间段中，空气湿度较大，给人带来一种不舒适感，衣服容易潮湿，室内墙壁“流汗”。在这种情况下，通过开启除湿模式，能够去除掉部分湿气，满足人体需求，让人心情变好。2.4汽车空调的性能指标2.4.1温度温度指标在空调体系中发挥重要的作用，主要衡量气温实现空调度数的调节。对于人体来讲，最舒服的温度是20~28℃，如果太高，易导致人烦闷、没胃口。如果太低，人又会感觉寒冷。如果在冬天，为了保证驾驶员的正常操作，防止发生事故，应该给乘车人提供一个舒适的环境出行。温度指标在投入市场前是如何实现的呢？这需要汽车空调公司经过一系列的实验去模拟和验证，常见的有性能实验，高低温试验，振动试验，盐雾试验，气密性试验等等。这就需要汽车空调公司配备相对应的性能试验台，高低温试验箱，振动试验台，盐雾试验箱，气密性试验台（如果由于公司资金有限无法配备相关设备，也可以通过第三方试验机构），根据主机厂对于空调的要求进行长时间的试验验证。主机厂也会进行试装车验证，保证在投入市场前做到万无一失。2.4.2湿度湿度，表示大气干燥程度的物流量，可用相对湿度（RH）表示。因为人体最舒服的湿度在49%-65%，相对湿度过低或者过高，对人体都不好。因此，要把汽车空调的湿度控制在一定的区间之内，满足人体的需求。2.4.3空气清新度汽车发动机在运转的过程中，会排放出部分有害气体，例如CO，这些气体可能随同路上的灰尘进入车厢中，污染车厢内的环境，所以要开启车内外空气交流模式，进而维持空气的清新度。这样有利于人们的身体健康。2.4.4除霜因为有时汽车内外的温差太大，玻璃上会出现雾或霜。如果不除霜，会造成视线模糊，严重影响驾车人的人身安全，除霜功能主要是把系统模式调换成制冷状态，然后利用外机内高温高压的氟利昂融化冰块，进而实现除霜目的的，所以除霜功能也是汽车空调系统不可或缺的一项功能。2.4.5操作简单、容易、稳定汽车空调尽可能实现自动化，简化流程，提升效率，在保证驾驶员正常驾驶的情况下可根据自身情况随意调节并操作空调系统以达到舒适满意的环境。3汽车空调的原理从本质上看，汽车空调和家用空调的制冷原理是一致的，该车广泛应用于冷暖一体化系统。如果压力减少，蒸发器开始工作，吸收空气中的部分热量，实现温度的下降。压缩机发挥作用，进而影响制冷剂工作，发动机冷凝器从气态变为液态，释放热量;在车辆中，液态变为气态，吸收热量并降低温度。反复循环上述流程，这是其简单的工作原理。当电源接通时，离合器断开，压缩机停止以调节冷空气的供应以控制机舱内的温度。4汽车空调的基本组成与分类4.1汽车空调的基本组成汽车空调的基本组成包括制热、制冷、通风、操纵控制和净化系统，他们之间互相关联，相辅相成。汽车空调的外形设计首先是由相配套的壳体决定的。壳体复杂，空调外形和管路连接也会复杂，壳体简单，空调外形和管路连接也简单。

（1）制冷系统主要利用蒸气压缩式的制冷原理，实现冷却空气的目的，进而达到降温的效果。在制冷剂中，液体通过蒸发之后变成\o"查看标签为气体的文章"气体，蒸发吸收热量，然后低温低压的\o"查看标签为制冷剂的文章"制冷剂蒸气重新返回到压缩机中，形成一个循环往复的过程，进而实现对温度的调节。（2）加热系统通常情况下，小轿车中没有独立的热源装置，主要通过散热器实现的暖气供应。散热器（又叫暖风）通常是散热带，散热管，端板（上下端板或者左右端板），水室（上下水室或者左右水室），侧板（左右侧板或者上下侧板），管路等组成，然后经过组装，钎焊，清洗等形成成品。

（3）通风系统包括暖风管道，阻尼器，空气出口和电动机等，引入车辆外部的新鲜空气，并且脏空气通过空气出口从车辆排出。。

（4）空气净化系统通过利用该系统，主要是维持环境的清新状态，保持车厢内部的干净卫生。汽车在前进的过程中，外部会有各种灰尘、粉尘等，净化系统能够过滤外部空气，然后把车内混浊的气体进行排出，以保证车内空气的清洁度。

（5）操纵控制系统通常，它由真空系统，操作装置和电气系统组成。主要用于控制各种有关的工作，例如制热、制冷、空气流向和风量等。4.1.1制冷压缩机空调压缩机的主要作用是实现制冷效果。压缩机从低压区抽出，同时压缩之后，被运送到高压区内，然后通过冷却和冷凝，散热器向空气辐射热量。在工作流程中，可以把它分成蒸发区和冷凝区。低温低压的制冷剂气体通过压缩机加压之后，成为高温高压的制冷剂气体，气体释放到室外，并且中温高压液体通过该部分。在流动组分减压后，它又会重新变为低温低压液体，然后进入到这样一个循环圈中。一遍又一遍，实现调节温度的目的。通过压缩机把制冷剂压缩成高压饱和气体（氟利昂或氨），气体进入到冷凝器中进行冷凝。蒸发器蛇形管中的制冷剂温度升高然后变成压缩机的低压蒸汽，再进行压缩，如此循环往复，实现制冷效果。4.1.2冷凝器空调冷凝器

指的是热交换器，通过它能够迅速的实现热量的转移，从管道运输到管道附近的空气中。在蒸馏过程中，将蒸汽从气态转变为液态的装置称为冷凝器。冷凝器都是通过蒸汽或气体的热量操带走而运作的。通常情况下，它指的是冷却过程中应用到的高压装置，或者是位于节流设备与排气口间发挥加热作用的低压热泵，通过压缩机压缩之后排出的高压气体进入冷凝器并由铝箔和铜管冷却。空调内部都会装置有轴流式冷却风扇，主要是空气冷却原理，所以在这个过程中压力相对平稳，温度有所下降，进而使得气体向液体实现转换。4.1.3蒸发器空调蒸发器属于一种特殊类型的蒸发器。主要是液态低温制冷剂因为处在低压环境中，通过蒸发变成蒸汽，在这个过程中吸收外界的热量，从而降低温度，达到制冷的效果。它通过风扇发挥作用，风扇的风力推动仓库内部的空气流转，经由油箱中的冷却排气管时发挥相应的作用，空气被冷却，温度下降，从而达到制冷效果。需要注意的是，制冷剂在排放管内部流动，管外的空气由管壁冷却;干燥的制冷剂直接与空气交换，湿的制冷剂称为湿式冷却风扇;除了冷却排气管之外，混合空气冷却器还具有用于承载制冷剂的喷射装置。4.1.4膨胀阀膨胀阀主要是为其他设备发挥辅助作用，通过控制节流压力的大小，达到限制制冷剂流量的目的。膨胀阀很小，占据位置少，而且效果显著，提升蒸发器的工作效率。持续不断的供给液体确保了蒸发器出口处制冷剂的稳定性，并且温度传感组件必须与压缩机的吸入管良好接触，以准确地感测压缩机的吸入温度，通常充满与制冷系统。制冷剂主要控制饱和压力值，如果热负荷出现了变化，膨胀阀确保蒸发器的供应。操作环境。优化模式，温度传感器组件的充电量仅根据完整温度传感组件中液体制冷剂在一定温度下的完全蒸发进行校正，相当于在膨胀阀上方应用温度传感组件。光圈。从循环回来的压力设定了极限，因为如果管的表面温度继续升高，它将仅增加温度包中的内部制冷剂制冷剂的温度，而压力则保持不变。4.1.5储液干燥器液体储存干燥机是核心部件，在空调组件中起到吸水和储液的作用，还具有连接空调管道和过滤的辅助功能。又称干燥罐，干燥筒，液体储存干燥器，液体储罐，液体接收器。（1）储液作用：它用于在制冷系统中供应和储存液态制冷剂，以便在操作条件改变时可以调节和补偿液态制冷剂的利润和损失。通常，空调刚开始运行时，消耗能量较多，负载加大，制冷剂循环量多。过一会，系统状态趋于稳定，负载会减小，制冷剂循环量也会减少。因此，当负荷小时，储存液态制冷剂;当负载大时，补给蓄能器中的液态制冷剂。同时，由于汽车空调系统的连接管采用橡胶连接软管，少量制冷剂总会泄漏，因此蓄能器也会补充系统中的少量制冷剂。（2）过滤作用：通常情况下，会在制冷系统内安装过滤器，主要是为了清洁在工作过程中可能进入的灰尘和残留物，防止因为制冷剂侵蚀系统部件的内壁而导致管道脱落的现象出现。4.1.6电磁离合器电磁离合器主要是用来调控速度，通过线圈的接入与断开进而实现离合器的接合与分离。通常情况下，它能够分成以下5种类型，即干式多片、干式单板、磁粉、滑动和湿式多片电磁离合器。如果按照工作模式划分，包括电源-关闭组合与开机组合两种类型。一般来讲，电磁离合器工作的温度范围是中温-20-50°C，湿度要小于85％。4.1.7鼓风机鼓风机是通过电机、机体、气室、空气过滤器、底座（包括油箱）和滴灌喷嘴共同组成的一个装置，他们之间协同工作。鼓风机内部的转子进行偏心旋转，与此同时不同叶片之间的体积出现变化，吸收部分空气，压缩之后再次释放出去。鼓风机的压力差主要是用来减少噪音和摩擦，同时保持气缸内的气体不回流。4.2汽车空调的分类（1）按照驱动模式，能够把汽车空调的划分成独立空调和非独立空调。

1）非独立式空调:通常情况下，小轿车、货车和客车利用该种类型的空调。它主要是利用自主发动机进而实现压缩机的驱动工作。主要优势有结构极简、噪音少和工作效率高等；主要不足之处有功率消耗不足，动力有所欠缺。

2）独立式空调:通常情侣下应用在大型客车中或者部分豪华轿车中。在这种模式中，有主、副发动机，前者驱动汽车运转，后者驱动压缩机工作。主要优势有行驶和制冷分别运行，制冷效果好，形势稳定；主要不足之处有成本投入多、结构较复杂。

（2）按照布置方式，能够把汽车空调划分成整体空调、分体式空调和分散式空调。

1）整体式空调:集成空调主要是经由管道与传动带实现把辅助发动机，冷凝器，压缩机，蒸发器等连接成一体，并安装在专用框架上形成独立组件，电源为二级发动机。这种形式主要用于独立式空调系统的布置。

2）分体式空调:

分体式空调器根据汽车的具体结构将独立空调系统中的全部或部分压缩机，蒸发器，冷凝器和辅助发动机分开，并通过管道相互连接。此种形式应用于独立空调配置情况比较多。3）分散式空调:分散式空调主要是把不同的设备分散装置在车辆内部，例如压缩机、蒸发器等。此种形式应用于非独立空调配置情况比较多。（3）按照送风类型，能够把汽车空调划分成风道式空调和直吹式空调。

1）直吹式空调:这种形式主要用于非独立式空调系统。这种类型的空调气流直接从空调供气面板吹出，也称为仪表板空调。供气阻力小，结构简单，但车辆供气均匀性差。2）风道式空调:这种方式的空调是将气流用风机送到塑料风道，再由风道送到座位下或车顶的出风口吹出。风道式空调送风均匀，但结构复杂且送风阻力大，这种形式主要用于独立式空调配置情况比较多。

（4）按照作用划分，能够把汽车空调划分成冷暖分开型、冷暖合一型。

1）冷暖分开型:该种模式下，制冷和制热都有专门的设备控制，分开运行。现在已经被时代淘汰。

2）冷暖合一型:制冷系统中融入了一定的加热气体与暖风出口。不过制冷与制热本质上是冲突的，分时段工作。（5）按控制方式分类，根据控制方法能够把汽车空调划分成手动空调和半自动空调。

1）手动空调:

手动空调带旋钮或控制杆

2）半自动空调:半自动空调通常由杠杆控制，带有温度键和功能选择键5汽车空调的设计和工艺谈到设计，我觉得最值得一提的就是原材料由铜到铝的一个重大变革。我们都知道，空调最先使用的主要原材料是铜，铜制空调固然很好，但是成本高。随着市场上的竞争愈演愈烈，企业不得不寻找新的原材料，铝制空调就这样诞生了。企业终于在经过不断摸索，不断试验后，取得了重大的成绩，导致铝制空调完全替代了铜。空调结构在外行来看似乎很简单，内行来看，设计起来却没有那么简单。首先呢，主机厂会根据车辆款式，数模和市场定位来决定壳体大小以及管路复杂程度还有与空调相关的各项性能参数。然后，主机厂会要求它的二级供应商按照设计要求进行报价，报价合适制作样件，样件必须满足装配尺寸和性能要求，在众多供应商中选择最可靠，性价比最高的一家。空调供应商在接到主机厂的需求后，会根据自己开发设计经验，首先判断应该选择I型循环还是U型循环比较合适。然后依次选择散热带（散热带开窗角度是多少，散热片的厚度选择几毫米，散热片的宽度选择多少毫米），选择散热管（散热管的厚度选择几毫米，散热管类型选择B型还是O型还是高频管），端板采用单排还是双排，上下侧板或者左右是否需要做加强筋，上下水室或者左右水室是否需要加强筋，管路复杂程度将决定水管与水室连接的方式。管路简单，一般直接采用钎焊就可以，如果管路较复杂，我们可能需要在水室处增加水管接头的连接方式。如果管路特别复杂，我们需要在水室处增加接头外，还需增加密封圈，管箍等用于连接水管，某些管路是需要可转动的。此处提一下，管箍，密封圈等都必须经过寿命试验，满足要求才可以。设计者需要经过精确计算配合尺寸，软件模拟试验过程，3D数模装配等等一系列工作后，正式开发模具。一般铝制零件都是经过冲压工艺得到，操作者把散热片，散热管，端板，侧板，水室依次组装，然后经过钎焊炉进行钎焊，冷却，清洗等。出炉后，进行外观检验，对于有倒峰等散热片进行修补。然后必须经气密检测，模具检测合格后才可进行包装。为了防止叶片倒伏，为了空调与壳体充分贴合，一般都会在表面贴密封条。最重要的一点，汽车行业对于可追溯性十分的看重，什么是可追溯性？可追溯性指万一有质量问题，主机厂可以很快并准确地判断不合格品是来自哪个供应商，来自供应商什么时候的产品。一般空调系统与汽车内部其他系统是同时开发的，所以企业必须定位准确，选择参数时必须慎重，因为一个环节的落后可能导致汽车问世时间的推迟。6对未来空调系统进行大胆预测随着汽车行业的高速发展，政府不断提倡要节能减排，从当前的发展方向看，汽车空调更加关注环保。创造环保型、高效型和可靠性高的空调系统有利于提升企业的竞争力。它和人们的健康息息相关，同时又要满足消费者个性化需求等。空调系统已经慢慢成为了大家在购车时的一个重要考虑因素。另外随着新能源汽车的普及，空调会在一定程度上影响续航里程和电量的分配。新的汽车市场发展形势下，汽车空调将面临新一轮的升级和变革。总而言之，从市场趋势来看，新能源汽车会是未来发展的主要方向，将会掀起新的热潮。当前政府颁布相关政策，表示支持新能源汽车的发展，从2014年到2018面，新能源汽车生产销售量分别是127.0万辆和125.6万辆，同比分别增长了59.9%和61.7%，在国际上排名首位。未来人们对于新能源汽车的需求量会逐渐增大。市场发展现状及展望一市场总体发展现状国内汽车行业发展迅速，汽车空调的需求量赠嫁，整个行业趋势表现出朝阳状态。市场竞争压力越来越大，企业为了获取更多的市场份额，不断寻求品质好、价格低的原材料，例如铝和铜等，但是当前整体上看，原材料价格上升，行业利润处于下滑状态。国内外企业积极研究新的工艺，主要原材料由铝代替铜来降低制造成本，大家都知道铜的价格比铝要贵很多。此外，汽车制造商（主机厂）在技术，资本规模，工艺和质量方面对汽车空调制造商更为严格，审核也更加严格，要求供应商提供各种文件，比如最典型的PPAP文件，PPAP文件包括初始材料清单，流程图，DFMEA,PFMEA（流程失效模式探讨）,DVP（试验草图），还有APQP（产品质量先期策划）等等，很多规模较小、市场竞争力弱的汽车空调企业根本不能满足主机厂对于二级供应商要求而逐渐失去遭遇淘汰，主机厂的高要求导致行业集中度有所提高。近年来火热的新能源，很多相关企业也想抓住这个机遇，很多传统的企业纷纷开始对新能源汽车空调进行研究和开发，在未来几年内，新能源汽车有望成为汽车空调行业的下一个增长点，产品供应能力将大大提升。二市场分布格局在以前汽车空调领域，外资品牌站C位，但是近几年中国汽车空调销量也能挤入C位。国内排名靠前的有法雷奥、电装、伟世通、南京协众、亚星世纪、湖北美标、东风贝洱等；这些中国品牌凭借自己先进的技术和优越的地理环境，有大量原材料供应商可以选择和比对，比如南通铝业，美铝都是很著名的原材料供应商，成本方面的降低为它们在整个市场份额中赢得了一席之地。新能源汽车空调方面，我觉得国内本土企业的创新技术和研发能力都与国外企业是实力相当的，不再是Copy轿车空调系统，更换下压缩机方式解决，外资企业也慢慢改变了战略，愿意对国内企业进行技术探讨与分享，实现共同进步。目前，新能源汽车空调进一步打开了传统空调市场的大门。技术发展趋势了解相关资料，能够发现，当前汽车空调系统主要包括2个新技术：一新型汽车空调系统（1）余热制冷余热制冷主要指的是通过回收发动机的余热进而调动空调系统工作的方式，实现制冷目的，这在一定程度上提升资源利用率，而且环保。在这个过程中，应用到金属氢化物脱氢吸热的原理。通常情况下，利用到两种类型的工质，它要求放氢水平高、工质要平衡氢压。该种模式是一种新型的制冷方式，有一定的发展前景。（2）太阳能制冷汽车空调系统光电转换通常表现在两个方面：首先是通过使用特殊半导体材料制成的光伏电池板，能够产生帕尔帖效应，出现直流电实现制冷的效果；其次是通过使用过程中产生的电能进而驱动压缩机工作。光热转换的利用主要通过太阳能集热装置提供热能驱动吸收式制冷机工作。示意图如下：太阳能汽车空调的主要优势是辐射强度与制冷量成正比，目前的发展主要受限于材料的光热转换效率和蓄能设备。随着石墨烯等新型材料技术的成熟，我们一定会实现太阳能在汽车空调技术中的应用。二集成式整车热管理系统随着新能源汽车的发展普及，空调系统已逐渐向整车热管理系统演化发展。如整合整车的冷热源合理分配，在控制空调系统的同时，统筹解决电机、电池热管理。如下图所示的一种集成式管理系统概念图，具有以下特点：电机、变速器发热作为热源，作为空调制热、电池加热热源；PTC加热仅在车辆冷启动初期使用；热管理ECU兼具空调控制、电池热管理、电机热管理功能。集成式管理系统概念图现存问题与国际差距和传统的、一般汽车空调系统做对比，新一代技术在汽车空气质量改善和自动化控