2011汽车空调基本原理培训稿.ppt
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1、汽车空调原理 培训,2011.12.19,重庆宏美制冷设备有限公司,2023/2/21,2,重庆宏美制冷,汽车空调要求,汽车空调是衡量现代轿车舒适性的重要标志。汽车空调能改善驾驶舒适性、降低驾驶疲劳、提高安全性。其主要功能:调控温度、湿度、控制空气流速、除尘除霜,保证高标准的制冷性能和乘员的舒适性。,1、温度指标,温度是最重要的一个指标,人感受最舒适的温度是2028,超过28觉得燥热。超过40为有害,会对人体健康造成损害。低于14人会感到冷。当温度下降到0时会造成冻伤。因此,空调应控制车内温度夏天在25、冬天在18,以保证驾驶员正常驾驶,防止发生事故,保证乘员在舒适的状况下旅行,2、湿度指标,
2、人觉得最舒适的相对湿度在30%70%,所以汽车空调的湿度参数要求控制在此范围内。,3、空气的清新度,由于车内空间小,乘员密度大,密闭空间内极易出现缺氧和CO2浓度过高情况。汽车发动机废气中CO和道路上的粉尘,野外有毒的花粉都容易进入车厢内,造成车内空气污浊,影响驾乘人员身体健康。汽车空气必须具有对车内空气进行过滤的功能,以保证车内空气的清新度。,4、除霜功能,由于有时汽车内外温度相差太大,会在玻璃上出现霜雾,影响司机的视线,所以汽车空调必须具有除霜功能。,汽车空调温度、湿度、流速和清洁度指标,汽车空调性能的主要指标有温度、湿度、流速和清洁度四方面,2023/2/21,3,重庆宏美制冷,汽车空调
3、的发展过程(一),单一取暧,单一冷气,冷暧一体化,自动控制的汽车空调,微型计算机控制的汽车空调,单一取暧,单一冷气,冷暧一体化,自动控制的汽车空调,1925年首先在美国出现利用汽车发动机冷却液通过加热器取暧的方法,到1927年发展到具有加热器,鼓风机、空滤器等比较完整的供热系统。目前,在寒冷北部地区,仍使用单一取暧系统。,1939年美国通用公司在轿车上首次使用机械降温的空调,成为汽车空调的先驱。二次世界大战后,随着经济复苏,美国西南部天气炎热,急需大量带冷气的汽车,使用单一降温的空调汽车迅速发展起来。单一冷气空调目前仍在热带、亚热带地区使用。,1954年通用公司首先在纳卡牌轿车上安装了冷暧一体
4、化空调,汽车空调才基本上具备调节车内温度、湿度的功能,随着技术的改进,目前的冷暧一体空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能,这种方式目前仍在大量的经济型汽车上使用。,冷暧一体汽车空调需要人工操作,这显然增加了驾驶人员的工作量,同时控制质量也不大理想。自动空调装置只要预先调节好温度,空调就能自动地在设定的范围内工作。空调根据传感器检测到车内、车外环境温度信息,自动地指挥空调器各部件工作,达到控制车内温度和其它功能的目的。,微型计算机控制的汽车空调,1973年通用公司和日本五十铃公司联合研究微机控制的汽车空调,并装备到各自的汽车上,将汽车空调技术推广到一个新的高度。微机控制的汽车空调,由
5、电脑按照车内外环境所需,实现微调化,通过电脑控制,实现了空调运行和汽车运行的相关编统一,极大地提高了制冷效果,节约了燃料,从而提高了整车的性能和舒适性。,2023/2/21,4,重庆宏美制冷,汽车空调的发展过程(二),外,门,H,风,内,内,风,E,除霜,取暧,冷气,暧气和冷气装置独立式,这种组合是空气只通过冷气装置的蒸发器或只通过暧风装置的热交换器,见右图,暧风和冷气装置转换式,这种方式是在鼓风机后的风门处通过转换后分别经暧风热交换器或蒸发器来实现空气调节,见右图,外,门,风,H,E,除霜,取暧,冷气,空气蒸发器加热器,这种方式是空气先通过冷气装置的蒸发器,然后再通过暧风装置的热交换器,见右
6、图。其温度控制方式主要有空气混合式和热水量调节式两种。空气混合式是改变通过暧风装置的热交换器的空气量与通过旁通道的空气量之间的混合比来实现温度控制的。热水量调节式是用热水阀改变流入暧风装置热交换器的热水量来实现温度控制的。,外,门,E,风,H,内,内,除霜,取暧,冷气,外,门,内,风,E,H,冷气,取暧,除霜,外循环气,内循环气,鼓 风 机,风 门,蒸 发 器,暧风热风交换机,外,内,风,E,H,2023/2/21,5,重庆宏美制冷,汽车空调的构成,汽车空调主要由:制冷系统、暧风系统、控制系统、通风系统四个基本组成,共同实现对驾驶室内的空气进行调节,制冷系统,暧风系统,控制系统,空气净化系统,
7、通风系统,采用R-134a环保制冷剂回路,执行对驾驶室内的空气进行制冷、除湿的功能。如右图,采用发动机冷却液为热源,对驾驶室内的空气进行加热,在寒冬季节为前挡风玻璃和前门玻璃进行除霜,阴雨天气为前挡风玻璃除雾。如右图,由进风口、鼓风机、风门、风道空气滤清器、出风口、出风栅格共同构成。执行对驾驶室内的空气进行净化和内循环或外循环模式的强制通风功能,除去车内空气中的尘埃、臭味、烟气及有毒报导体,使车内空气变得清洁。如右图。,暧风机,发动机,活性碳,污染空气,清洁空气,负极,正极,放电线,电离部,集尘部,微粉尘,以自动空调控制面板和发动机电脑(ECM)为核心,通过将手动空调控制模式及自动空调控制模式
8、的设定值与车内空气环境条件值的对比计算,从而实现对以上四个系统的整体控制,以满足乘员的主观舒适性要求。,水箱,2023/2/21,重庆宏美制冷,汽车空调制冷系统的组成和工作过程,汽车空调各部件用高压胶管连接,形成一个密封系统,制冷剂以不同的状态在这个密封系统内循环,以气体液体气体的状态变化,汽车空调系统由五大主要总件组成,即压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀和蒸发器。,压缩机:是制冷系统的动力源,推动冷煤在系统内不断循环,依靠发动机通过传动带驱动,一般安装在发动机前下部。冷凝器:是将冷煤热量排出,一般装在汽车水箱前部,利用 水箱风扇和汽车行驶时产生的自然风来强制冷却和散热。储液干燥器:串联在冷
9、凝器后面,主要作用为吸湿和过滤,使系统正常运行。一般安装在冷凝器上或车前部。膨胀阀:也称节流阀,安装在蒸发器入口前,主要是通过流 速变化。将冷煤节流减压,由冷凝压力降到蒸发压力。蒸发器:是使液态制冷剂蒸发以吸收车厢热量而制冷。一般 安装在车厢内。蒸发器前有鼓风机,可以不断将制 冷后的空气送出。,冷凝器,膨胀阀,储液干燥器,压缩机,蒸发器,汽车空调制冷循环过程为四个基本过程,1、压缩过程:压缩机将低压侧(温度约0、压力约0.15 MPa)的低温低压气态制冷剂压缩成高温(约110)高压(约1.5MPa)的气态制冷剂,送往冷凝器冷却降温2、放热过程:高温高压的气态制冷剂在冷凝器中通过管 壁把热量传递
10、给风机送来的冷空气,从而使气态制冷 剂冷凝成具有一定过冷度的液态制冷剂。3、节流过程:冷凝后的液态制冷剂经过膨胀阀其压力和 温度急剧下降,变成低温(约-5)低压(约0.15MPa)湿蒸气,以便进入蒸发器中讯速吸热蒸发。在膨胀过 程同时进行流量控制,以便供给蒸发器所需的制冷 剂,从而达到控制温度的目的。4、吸热过程:在蒸发器中低温低压制冷剂又吸收车内空 气的热量,再次汽化为低温低压的制冷剂蒸气,被压 压缩机吸入,如此不间断周而复始地循环,使车内温 度降低。,压缩过程,吸热过程,节流过程,放热过程,冷空气,热空气,暧空气,冷空气,吸热,放热,制冷剂边吸收热量边蒸发,制冷剂放出热量而变为液态,压缩机
11、,干燥瓶,膨胀阀,蒸发器,冷凝器,2023/2/21,7,重庆宏美制冷,汽车空调制冷原理(一),就目前汽车空调而言,采用的是蒸气压缩式制冷系统,为了理解蒸气式制冷原理,有必要了解一些热力学术语和基本定律,压力,压力是指单位面积上所受的垂直作用压力,也称压强。压力单位有帕斯卡(Pa),其大小可用压力表来检测。在汽车空调系统中,利用压力表可以测量制冷系统高、低压和真空度。,温度,是物质冷热程度的量度。温度高低可以用温度计测量。在汽车空调中利用温度计可以测理车厢内及出风口温度。温度有摄氏温度和热力学温度。,湿度,是空气中含有水蒸汽的量。一定体积和温度的空气含有水蒸汽越多,空气越潮湿,反之越干燥。湿度
12、一般用百分比表示,百分比越大空气越潮湿,反越干燥。在汽车空调中用湿度计来测量车内湿度,一般体感较为舒适的湿度为30%70%之间。,冷凝,是指气态物质经过冷却(空气和水等热交换方式)转为液体。冷凝过程为放热过程。在汽车空调中,制冷剂由气态变为液态。,汽化,物质从液态转为气态的现象称为汽化,汽化有蒸发和沸腾两种形式。蒸发是指在任何温度下液体表面上所发生的汽化过程。如晾衣服,不管温度高或低都会有蒸发过程,衣服上的水分由液体变为气态。蒸发过程为吸热过程。沸腾是一种在液体表面和内部同时进行汽化的现象。如将水在1atm下加热到100时,其内部会产生许多气泡,并且不断上升到水面破裂,放出蒸汽。,过冷和过热,
13、过冷是针对液体而言。当压力不变时,使液体的温度低于该压力相对应的饱和温度的热力过程称为过冷。冷凝温度与过冷温度之差称为过冷度。过热是针对气态而言。使蒸发器中的干饱和蒸气继续定压吸热的热力过程称为过热。这时的汽气称为过热蒸气。过热温度与干饱和温度之差称为过热度。,2023/2/21,8,重庆宏美制冷,汽车空调制冷原理(二),节流,制冷能力和制冷负荷,节流,流体,注:汽车空调运行空况与一般制冷机不同,一般制冷机的压缩机是独立式电机直接驱动且转速是固定不变的,而汽车空调压缩机是由汽车发动机驱动,其转速发动机转速的变化而变化。发动机转速是非稳态变化,随行车工况的变化而变化。所以汽车空调性能变化大,要求
14、更高。,制冷机就是把热量不断地从低温物体转移给高温物体的装置。制冷能力的大小是以单位时间内所能转移的热量来表示,单位为J/h。为了把汽车内部的温度和湿度保持在一定的范围内,必须将来自车外太阳的辐射热和车内人体散发出的热量排到大气中去。这两种热量的总和就叫做制冷负荷。由于汽车制冷负荷受到车身形状及大气温度、湿度、车速等客观条件和乘员数量的影响,所以,汽车空调系统的制冷负荷较大。,是指液体流经突然收缩的过流段(如流经小孔、缝隙或经过一段细长的孔道)而受到显著的阻力(即发生较大的液体损失)的现象。在汽车空调系统中,制冷剂在膨胀阀中的状态变化就是节流过程。,Qe,2023/2/21,9,重庆宏美制冷,
15、汽车空调制冷原理(三),热力学基本定律,第一定律:即能量守恒和转化定律,各种形式的能量可以相互转化,但它们的总能量保持不变。其关系式表示:Q=U+W,第二定律:即热量传递不可逆定律,热量不可能自发地不付代价地从低温物体传向高温物体。注:“焓”表示单位质量物质所含的全部热能。“露点”表示含有水汽的湿空气,在气压不变的条件下冷却,使所含水汽达到饱和状态时对应的温度叫做露点。,蒸气压缩式制冷原理,QC,制冷机,冷却间,W,高温环境介质,Qa,加热间,QC,热泵,低温环境介质,W,制冷是把低温热源中的能量转移到高温热源的过程,根据热源不同,实现这一能量转换的机器又有制冷机和热泵之分。,为实现右面能量的
16、转换,必须利用制冷剂不断地从被冷却物体中吸取热量以达到制冷的目的。实现制冷的方式有很多,利用液体在低温下蒸发或固定在低温下熔化而从被冷却物质吸收热量的都属于相变制冷。蒸气压缩式制冷机、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机,都是利用制冷剂液体的气化来制冷的。适合汽车空调的制冷方式和制冷剂是蒸气单级压缩式制冷、制冷剂为R134a,原R12制冷剂因破坏大气臭氧层1990年后绝大部份已被淘汰。由于R134a热值潜能大,也是过渡形制冷剂。,制冷机:Qe+W=Qc 热泵:Qa+W=Qc,无论是制冷机和热泵,工作原理相同,即利用工质状态变化,从低温下吸收一定热量Qc(或Qa),通过消耗一定的机械功W或高温热源的补
17、偿过程,向另一较高温度的热源放出热量Qc。在这过程中,根据能量守恒原理,高温热源放出的热量应等于从低温热源吸收热量与耗功之和。见下面公式。,2023/2/21,10,重庆宏美制冷,汽车空调制冷原理(四),R134a压-焓图 单级压缩制冷理论循环,湿空气 焓-湿图,过冷液体区,过热蒸气区,湿蒸气区,A,K,B,Pk,3,4,1,2s,1,2,3,2,1,蒸发器,冷凝器,R134a的p-h图简介:AK为饱和液体线,其左侧为过冷液体区;BK为干饱和蒸气线,其右侧为过热蒸气区。AK和BK之间的区域为湿蒸气区。图是由一系列的等温线、等压线、等焓线、等比熵线、等比体积线和干度线构成。汽车空调(单级压缩制冷
18、)理论循环的热力简介:从12s341为空调的一个循环,为逆卡诺循环,根据热力学分析,其为最理想的循环,其制冷系数最大,但实际上难以实现。在上图中,1-2s 为制冷剂气体在压缩机中的等比熵压缩过程(绝热);2s-3为制冷剂高温蒸气在冷凝器中等温等压冷凝过程;3-4为制冷剂液体在膨胀阀中的等比焓节流过程;4-1为制冷剂饱和湿蒸气在蒸发器中的等温等压蒸发过程。,湿空气h-d图简介:焓湿图由等干球温度线,等相对湿度线,等含湿量线,等焓线,水蒸汽分压力,等湿球温度线及等热湿比线组成。在空调技术中,空气的温度t、相对湿度、含湿量d和比焓h等参数中,已知其中任意两个,即可确定其状态点,并计算出其余参数。汽车
19、空调冷凝器和蒸发器h-d图 冷凝器:空气流入的状态1到流出的状态2,经历了12的变化,其含湿量不变,而温度、湿度、比焓都发生了变化,为等含湿量过程。蒸发器:先经历了等含湿量过程12。低于露点温度后,空气达到饱和状态,水蒸汽不断析出,经历了等相对湿度过程,即23的过程。,p,h,制冷剂的种类:按分子结构分:为无机物和有机物;根据组成:可分为单一和混合两大类;根据物理性质:可分为高温低压、中温中压、低温高压制冷剂制冷剂编号:无机化合物:有水、氨、CO2、SO2,编号为 R700+分子量取整,如氨分子量为17,则编号为R717 卤代烃:是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物总称。碳氢化合物:有饱和和非
20、饱和化合物,如甲烷、乙烷等 混合制冷剂:卤代烃的混合制冷剂有共沸和非共沸制冷 剂,如R505、R404A等,2023/2/21,11,重庆宏美制冷,制冷剂和冷冻润滑油,制冷剂,汽车空调制冷系统中循环流动的工质叫制冷剂,由于受到压缩机功的作用,它在系统的各个部件间循环流动,从而进行能量的转换和传递,完成制冷机向高温热源放热和从低温热源吸热的过程,实现制冷目的。,对制冷剂的要求 符合环保要求,应对臭氧层无破坏,不产生温室效应;对金属和其它材料应无腐蚀和浸蚀作用;制冷剂的单位体积制冷量要大,可以减少压缩机尺寸;在高温下不分解,与润滑油不起化学反应;制冷剂热导率要大,可减少换热器的体积和重量;使用安全
21、,不爆炸、不燃烧、不对人体产生危害;易于取得,价格便宜。,根据汽车空调的结构和使用要求,目前较适合的制冷剂为R134a,其热力学性能、物理化学性能都较适合汽车空调。但其全球变暧潜能值是CO2的1200倍会导致温室效应,只能作为过渡性制冷剂使用。,制冷剂的发展历程:1834年美国人珀金斯发明了世界上第一台制冷机,所用制冷剂为乙醚。1866年CO2被用作制冷剂。1872年波义耳发明以氨为制冷剂的压缩机。1876年使用SO2作制冷剂。氯甲烷在1878年开始使用。到20世纪30年代,一系列卤代烃被杜邦公司发明(氟利昂)。随后R11、R114、R22等陆续出现。接着共沸和非共沸制剂开始使用,此时卤代烃达
22、到几乎完善的地步。20世纪80年代后,CFC因环保问题的出现,开始以HFC和天然工质这些环保性制冷剂来替代。,新型环保制冷剂的应用:鉴于R134a的不足,曾经在19世纪80年代到20世纪30年代普遍应用的CO2制冷剂在CFCs替代工质的研究中重新引起重视,主要是其有良好的环保特性、传热特性、较低流动阻力和相当大的单位容积制冷量,虽对传统蒸汽压缩制冷循环来说,其工作压力太高,对系统强度要求非常高,但现在制造技术已能克服,目前欧洲已开始大量推广和采用。其它环保性的制冷剂也逐步在陆续研发和推广中。,2023/2/21,12,重庆宏美制冷,制冷剂和冷冻润滑油,冷冻润滑油,空调压缩机使用的润滑油被称为冷
23、冻润滑油或冷冻油,它是一种在高、低温工况下均能正常工作的特殊润滑油,它保证压缩机正常运转、工作可靠和延长使用寿命。,冷冻油的作用:润滑作用:可润滑压缩机轴承、活塞、活塞环、连杆、曲轴等零部件表面,减少运动阻 力和磨损,降低功耗,延长使用寿命,提高制冷系数。冷却作用:运动的磨擦表面会产生高温,需要用冷冻油来冷却。冷冻油能及时带走运动表面磨擦产生的热量,防止压缩机温度过高以至烧坏压缩机。密封作用:冷冻油渗入各磨擦密封面形成密封,可防止制冷剂泄漏。降低压缩机噪声:冷冻油不断冲洗磨擦表面,带走磨屑,可减少磨擦件磨损,降低压缩机的工作噪声。,冷冻油的选用:选择合适的粘度;与制冷剂相匹配;凝点、浊点及闪点
24、要选择得当;有良好的化学稳定性和抗氧化安定性;对制冷系统无腐蚀性,水份和杂质少;冷冻油种类要适合制冷剂的种类和制冷工况;R134a空调系统只能用PAG、POE或者全能AA系列,不能使用矿物油(不相溶),冷冻油使用注意事项:冷冻油应保存在干燥、密闭的容器里,放在阴暗处;使用后的容器应及时密闭,以免空气中水分进入;不同牌号的冷冻油不能混装、混用,R134a千万不能加入矿物油。同时脂类的PAG和POE也不能混用。变质的油不能继续使用,如颜色变深,将油滴在白色吸水纸上,发现油滴中央呈黑色,说明油已经变坏。应按制冷系统和压缩机的规定加入适量的冷冻油,过多的油将影响传热效率,降低系统制冷量,过少会影响压缩
25、机润滑,使压缩机过热。,2023/2/21,13,重庆宏美制冷,汽车空调系统组成示意图及不同结构,制冷系统由压缩机总成、冷凝器总成、压力开关、储液干燥器总成(或集液器)、膨胀阀(或孔管)、蒸发器总成、管路总成七个部件组成。,带H形膨胀阀空调系统,双蒸并联双冷串联的空调系统,带固定孔管和集液器空调系统,带F形膨胀阀空调系统,2023/2/21,14,重庆宏美制冷,汽车空调系统构造压缩机,压缩机是汽车空调制冷系统的心脏,是推动制冷剂在制冷系统 中不断循环的动力源。压缩机由发动机通过传动带驱动,压缩机的功能就是将低温低 压的蒸气压缩成高温高压蒸气,将低温 热源通过压缩机作功变成高温热源,自发地向外界
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