【正文】 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 引言 汽車空調(diào)的普及，是提高汽車競(jìng)爭(zhēng)能力的重要手段之一。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，人們對(duì)舒適性，可靠性，安全性的要求愈來(lái)愈高。國(guó)內(nèi)近年來(lái)，汽車生產(chǎn)廠家越來(lái)越多，產(chǎn)量越來(lái)越大，大量中高檔車需要安裝空調(diào)。因此，對(duì)汽車空調(diào)的研究開發(fā)特別重要。 汽車空調(diào)器發(fā)展的歷史、現(xiàn)況與發(fā)展趨向 汽車工業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展必然會(huì)帶動(dòng)汽車空調(diào)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車空調(diào)作為空調(diào)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，它能創(chuàng)造車室內(nèi)熱微環(huán)境的舒適性，保持車室內(nèi)空氣溫度、濕度、流速、潔凈度、噪聲和余壓等在熱舒適的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不僅有利于保護(hù)司乘人員的身心健康，提高其工作效率和生活質(zhì)量，而且還對(duì)增加汽車行始安全性具有積極作用。 就世界上汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展的歷史來(lái)看，其發(fā)展的速度也是驚人的。1927年就誕生了較為簡(jiǎn)單的汽車空調(diào)裝置，它只承擔(dān)冬季向乘員供暖和為擋風(fēng)玻璃除霜的任務(wù)。直到 1940年，由美國(guó) Packard公司生產(chǎn)出第一臺(tái)裝有制冷機(jī)的轎車。 1954年才真正將第一臺(tái)冷暖一體化整體式設(shè)備安裝在美國(guó) Nash牌小汽車上。 1964年，在 Cadillac轎車中出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)控溫的汽車空調(diào)。 1979年，美國(guó) 和日本共同推出了用微機(jī)控制的空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示和最佳控制，標(biāo)志著汽車空調(diào)已進(jìn)入生產(chǎn)第四代產(chǎn)品的階段。汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展至今，其功能已日趨完善，能對(duì)車室進(jìn)行制冷，采暖，通風(fēng)換氣，除霜 (霧 )，空氣凈化等。我國(guó)空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)長(zhǎng)速度雖然較快，但是目前國(guó)內(nèi)車用空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)基本上仍是處于引進(jìn)技術(shù)與開發(fā)、研究并舉的階段 。 從目前發(fā)展情況來(lái)看 , 渦旋式壓縮機(jī)將是我國(guó)未來(lái)汽車空調(diào)的主要蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 機(jī)型。由于這種壓縮機(jī)無(wú)吸、排氣閥 ,因此 , 工作可靠、壽命長(zhǎng) , 容積效率一般比滾動(dòng)活塞式提高左右 , 吸排氣連續(xù)、氣流脈動(dòng)小 , 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、且扭矩變 化均勻 , 最高轉(zhuǎn)速可達(dá)左右 , 體積比往復(fù)式小 , 重量比往復(fù)式輕 , 絕熱效率提高。但渦旋式壓縮機(jī)在機(jī)械加工工藝方面難度較大 , 須用專門的精密數(shù)控加工設(shè)備 , 目前國(guó)內(nèi)正著手研制這種新機(jī)型。換熱器性能的優(yōu)劣 , 對(duì)汽車空調(diào)節(jié)能極為重要。由于汽車空調(diào)趨向小型化 , 因而也要求換熱器向體積小、重量輕的高效小型化發(fā)展。為此 , 汽車空調(diào)換熱器應(yīng)從這幾方面進(jìn)行改進(jìn)冷凝器將采用平流式冷凝器 ,它改變了傳統(tǒng)的制冷劑單通方式。其換熱能力比管帶式冷凝器強(qiáng) , 使冷凝溫度和壓力降低 , 同時(shí)系統(tǒng)的排氣壓力和輸人功率也隨之降低。蒸發(fā)器采用層流式 , 它類似于板式蒸發(fā)器 , 制冷劑在很小的傳熱板間流動(dòng)。其換熱效率比管帶式提高左右 , 是將來(lái)最有前途的蒸發(fā)器型式。散熱翅片將采用超級(jí)條縫片 , 超級(jí)條縫片與平片相比 , 其換熱效果將會(huì)提 12倍左右。 課題的提出及主要研究方法 該課題的提出主要是因?yàn)閭€(gè)人畢業(yè)后的就業(yè)，考慮到畢業(yè)后要從事汽車方面的研究，并且自己所學(xué)專業(yè)在這方面主要是汽車電子方面方面的知識(shí)，所以綜合慮后便定下來(lái)這個(gè)課題。該課題的主要研究方法是通過(guò)對(duì)的歸納。 總結(jié)主要設(shè)計(jì)空調(diào)零件系統(tǒng)總成，安裝位置示意圖，自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)線路圖，自動(dòng)空調(diào)系 統(tǒng)控制電路圖。 2 自動(dòng)空調(diào)的整體設(shè)計(jì) 汽車空調(diào)元器件系統(tǒng)總成 空調(diào)系統(tǒng)的組成 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 空調(diào)系統(tǒng)的組成：汽車空調(diào)一般主要由壓縮機(jī)、電控離合器、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、儲(chǔ)液干燥器、管道（分高壓管路、低壓管路。）、冷凝風(fēng)扇等組成。 （ 1）電磁離合器：在非獨(dú)立式汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)是由汽車主發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。在需要時(shí)接通或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的動(dòng)力傳遞。另外，當(dāng)壓縮機(jī)過(guò)載時(shí)，它還能起到一定的保護(hù)作用。因此，通過(guò)控制電磁離合器的結(jié)合與分離，就可接通與斷開壓縮機(jī)。當(dāng)空調(diào)開關(guān)接通時(shí)，電流通過(guò)電磁離 合器的電磁線圈，電磁線圈產(chǎn)生電磁吸力，使壓縮機(jī)的壓力板與皮帶輪結(jié)合，將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩傳遞給壓縮機(jī)主軸，使壓縮機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)斷開空調(diào)開關(guān)時(shí)，電磁線圈的吸力消失。在彈簧作用下，壓力板和皮帶輪脫離，壓縮機(jī)便停止工作。 （ 2）壓縮機(jī)：作用是使制冷劑完成從氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，達(dá)到制冷劑散熱凝露的目的。同時(shí)在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，壓縮機(jī)還是管路內(nèi)介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力源，沒有它，系統(tǒng)不僅不制冷而且還失去了運(yùn)行的動(dòng)力。 本次使用的是葉片式壓縮機(jī)。 用于汽車制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)按運(yùn)動(dòng)型式可分為：往復(fù)活塞式、曲軸連桿式、徑向活塞式、軸向活塞式、 翹板式、斜板式、旋轉(zhuǎn)、旋葉式、圓形汽缸、橢圓形汽缸、轉(zhuǎn)子式、滾動(dòng)活塞式、三角轉(zhuǎn)子式、螺桿式、渦旋式。1）曲軸連桿式壓縮機(jī)：它是一種應(yīng)用較為廣泛的制冷壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的活塞在汽缸內(nèi)不斷地運(yùn)動(dòng)，改變了汽缸的容積，從而在制冷系統(tǒng)中起到了壓縮和輸送制冷劑的作用。壓縮機(jī)的工作，可分為壓縮、排氣、膨脹、吸氣等四個(gè)過(guò)程 2) 斜板式壓縮機(jī)：它的潤(rùn)滑方式有兩種，一種是采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，用由主軸驅(qū)動(dòng)的油泵供油到各潤(rùn)滑部位及軸封處。主要用于豪華型轎車或小型客車較大制冷量的壓縮機(jī)。另一種是采用飛濺潤(rùn)滑，我國(guó)上海內(nèi)燃機(jī)油泵廠生產(chǎn)的斜板式 壓縮機(jī)即是采用飛濺潤(rùn)滑。斜板式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，性能可靠，因而適用于汽車空調(diào)。旋葉式壓縮機(jī)：由于旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)的體積和重量可以做到很小 ，易于在狹小的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行布置 ，加之噪聲和振動(dòng)小以及容積效率高等優(yōu)點(diǎn) ，在汽車空調(diào)系統(tǒng)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 中也得到了一定的應(yīng)用 。但是旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)對(duì)加工精度要求很高 ，制造成本較高 。 4)滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)：滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)具有質(zhì)量小、體積小、零部件少、效率高、可靠性好以及適宜于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 （ 3）冷凝器：汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷凝器是一種由管子與散熱片組合起來(lái)的熱交換器。其 作用是：將壓縮機(jī)排出的高溫、高壓制冷劑蒸氣進(jìn)行冷卻，使其凝結(jié)為高壓制冷劑液體。汽車空調(diào)系統(tǒng)冷凝器均采用風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)，其冷凝原理是：讓外界空氣強(qiáng)制通過(guò)冷凝器的散熱片，將高溫的制冷劑蒸氣的熱量帶走，使之成為液態(tài)制冷劑。制冷劑蒸氣所放出的熱量，被周圍空氣帶走，排到大氣中。汽車空調(diào)系統(tǒng)冷凝器的結(jié)構(gòu)形式主要有管片式、管帶式和鱔片式三種。 1) 管帶式它是由多孔扁管與 S 形散熱帶焊接而成。管帶式冷凝器的散熱效果比管片式冷凝器好一些 (一般可高 10%左右〉，但工藝復(fù)雜，焊接難度大，且材料要求高。一般用在小型汽車的制冷裝置上。 2) 鱔片式它是在扁平的多通管道表面直接銳出鱔片狀散熱片，然后裝配成冷凝器，如圖 13 所示。由于散熱鱔片與管子為一個(gè)整體，因而不存在接觸熱阻，故散熱性能好；另外，管、片之間無(wú)需復(fù)雜的焊接工藝，加工性好，節(jié)省材料，而且抗振性也特別好。所以，是目前較先進(jìn)的汽車空調(diào)冷凝器。 （ 4）蒸發(fā)器：也是一種熱交換器，也稱冷卻器，是制冷循環(huán)中獲得冷氣的直接器件。其作用是將來(lái)自熱力膨脹閥的低溫、低壓液態(tài)制冷劑在其管道中蒸發(fā)，使蒸發(fā)器和周圍空氣的溫度降低。同時(shí)對(duì)空氣起減濕作用。 （ 5）膨脹閥：膨脹閥也稱節(jié)流閥，是組成汽車空調(diào)制冷系統(tǒng) 的主要部件，安裝在蒸發(fā)器入口處，是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的高壓與低壓的分界點(diǎn)。其功用是：把來(lái)自儲(chǔ)液干燥器的高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流減壓，調(diào)節(jié)和控制進(jìn)入蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑量，使之適應(yīng)制冷負(fù)荷的變化，同時(shí)可防止壓縮機(jī)發(fā)生液擊現(xiàn)象 (即未蒸發(fā)的液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)后被壓縮，極易引起壓縮機(jī)閥片的損壞 )和蒸發(fā)器出口蒸氣異常過(guò)熱。 （ 6）儲(chǔ)液干燥器 儲(chǔ)液干燥器簡(jiǎn)稱儲(chǔ)液器。安裝在冷凝器和膨脹閥之間，其作用是臨時(shí)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 儲(chǔ)存從冷凝器流出的液態(tài)制冷劑，以便制冷負(fù)荷變動(dòng)和系統(tǒng)中有微漏時(shí)，能及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)整供給熱力膨脹閥的液態(tài)制冷劑量，以保證制冷劑 流動(dòng)的連續(xù)和穩(wěn)定性。同時(shí)，可防止過(guò)多的液態(tài)制冷劑儲(chǔ)存在冷凝器里，使冷凝器的傳熱面積減少而使散熱效率降低。而且，還可濾除制冷劑中的雜質(zhì)，吸收制冷劑中的水分，以防止制冷系統(tǒng)管路臟堵和冰塞，保護(hù)設(shè)備部件不受侵蝕，從而保證制冷系統(tǒng)的正常工作。儲(chǔ)液器出口端旁邊裝有一只安全熔塞，也稱易熔螺塞，它是制冷系統(tǒng)的一種安全保護(hù)裝置。其中心有一軸向通孔，孔內(nèi)裝填有焊錫之類的易熔材料，這些易熔材料的熔點(diǎn)一般為85℃ 95℃。 （ 7）風(fēng)機(jī)： 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)采用的風(fēng)機(jī)，大部分是靠電機(jī)帶動(dòng)的氣體輸送機(jī)械，它對(duì)空氣進(jìn)行較小的增壓，以便將 冷空氣送到所需要的車室內(nèi)，或?qū)⒗淠魉闹艿臒峥諝獯档杰囃?，因而風(fēng)機(jī)在空調(diào)制冷系統(tǒng)中是十分重要的設(shè)備。風(fēng)機(jī)按其氣體流向與風(fēng)機(jī)主軸的相互關(guān)系，可分為離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)兩種。 空調(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程： 壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的低溫低壓制冷劑蒸氣吸入并壓縮后，在高溫高壓（約 700C， 1471KPa）的狀況下排出。這些氣態(tài)蒸氣流入冷凝器，并在此受到散熱和冷卻風(fēng)扇的作用強(qiáng)制冷卻到 500C 左右。這時(shí)，制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。被液化了的制冷劑，進(jìn)入干燥器，除去了水和雜質(zhì)后，流入膨脹閥。高壓的液態(tài)制冷劑從膨脹閥的小空 流出，變?yōu)榈蛪红F狀后流入蒸發(fā)器。霧狀制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱汽化變?yōu)闅鈶B(tài)制冷劑，從而使蒸發(fā)器表面溫度下降。從送風(fēng)機(jī)出來(lái)的空氣，不斷流過(guò)蒸發(fā)器表面，被冷卻后送進(jìn)車廂內(nèi)降溫。氣態(tài)制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器后又重新被壓縮機(jī)吸入，這樣反復(fù)循環(huán)即可達(dá)到制冷目的。 汽車空調(diào)主要功能包括以下 4 大部分 : 制冷、制熱、通風(fēng)、除濕 制冷系統(tǒng)原理：汽車空調(diào)的壓縮機(jī)依靠汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力提供 ,汽車在怠速狀態(tài)下打開空調(diào)制冷怠速會(huì)明顯增大 ,油耗也會(huì)相應(yīng)的增加 ,油耗增加的大小與環(huán)境溫度有最直接的關(guān)系 ,環(huán)境溫度高制冷劑膨脹的壓力大 ,發(fā)動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)的消耗也相應(yīng)加大 ,環(huán)境溫度低油耗相應(yīng)減少。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 制熱系統(tǒng)原理：汽車空調(diào)制熱與壓縮機(jī)沒有絲毫關(guān)系 ,制熱的熱源不是空調(diào)本身獲取的 ,是由汽車的散熱水箱（中控臺(tái)下面的暖風(fēng)機(jī)總成內(nèi)的副水箱）提供 ,早晨在熱車前空調(diào)吹出來(lái)的是冷風(fēng) ,待熱車后空調(diào)熱風(fēng)源源不斷的送出來(lái) ,制熱本身基本沒有能量消耗 ,是利用汽車的余熱完成的 .但在冬季，為了提升水溫，加大噴油量，也使耗油量增加。但是只是在啟動(dòng)初期，等發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱來(lái)供暖了。（而有的柴油車由于水溫上升慢，為了一發(fā)動(dòng)車就能享受到暖風(fēng)，所以在暖風(fēng)機(jī)里面加有電熱絲 ）。 通風(fēng)：通風(fēng)分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán) , 使用內(nèi)循環(huán)時(shí)車內(nèi)空氣基本不與外界交流 ,使用外循環(huán)時(shí)位于擋風(fēng)玻璃下的新風(fēng)口會(huì)將外界的空氣源源不斷的送進(jìn)來(lái) ,以保持車內(nèi)空氣的清新 . 除濕：空調(diào)制冷的過(guò)程就是除濕的過(guò)程 ,從制冷時(shí)產(chǎn)生的大量冷凝水就可以看出來(lái)了 ,在濕度較大的陰雨天氣或是溫差太大的時(shí)候車內(nèi)的玻璃上容易起霧 ,打開空調(diào)驅(qū)霧就是一個(gè)除濕的過(guò)程。 空調(diào)系統(tǒng)原理圖 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 空調(diào)系統(tǒng)原理圖 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)說(shuō)明 內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件受到強(qiáng)烈的加熱，如不加以適當(dāng) 的冷卻，會(huì)使內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機(jī)油變質(zhì)和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性 全面惡化。但是，如果冷卻過(guò)強(qiáng)，汽油機(jī)混合氣形成不良，機(jī)油被燃燒稀釋，柴油機(jī)工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會(huì)使內(nèi)燃機(jī)工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證內(nèi)燃機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。 發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求 一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列各項(xiàng)要求： 1）散熱能力能滿足內(nèi)燃機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的需要。當(dāng)工況和環(huán)境條件變化時(shí)，仍 能保證內(nèi)燃機(jī)可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度； 2）應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)，排除系統(tǒng)的壓力； 3）應(yīng)考慮膨脹空間，一般其容積占總?cè)莘e的 46%； 4）具有較高的加水速率。初次加注量能達(dá)到系統(tǒng)容積的 90%以上。 5）在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力蓋打開時(shí)，水泵進(jìn)口應(yīng)為正壓； 6）有一定的缺水工作能力，缺水量大于第一次未加滿冷卻液的容積； 7）設(shè)置水溫報(bào)警裝置； 8）密封好，不得漏氣、漏水； 9）冷卻系統(tǒng)消耗功率小。啟動(dòng)后，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常工作溫度。 10）使用可靠，壽命長(zhǎng)，制造成本低。 冷卻系統(tǒng)的總體布置 冷卻系統(tǒng)總 布置主要考慮兩方面：一是空氣流通系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中必須作到提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 提高通風(fēng)系數(shù)：總的進(jìn)風(fēng)口有效面積和散熱器正面積之比≥ 30%。對(duì)于空氣流通不順的結(jié)構(gòu)，需要加導(dǎo)風(fēng)裝置使風(fēng)能有效的吹到散熱器的正面積上，提高散熱器的利用率。 在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風(fēng)面積，減薄芯子厚度。這樣可充分利用風(fēng)扇的風(fēng)量和車的迎面風(fēng)，提高散熱器的散熱效率。一般貨車芯厚不超過(guò)四排水管，轎車芯厚不超過(guò)二排水管。 在整車布置中散熱系統(tǒng)中，還要考慮散熱器和周邊的間隙，散熱器到保 險(xiǎn)杠外皮的最小距離 100 毫米，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的三元催化在前端的話，還要考慮風(fēng)扇到三元催化本體距離至少 100 毫米，到三元催化隔熱罩距離至少 80 毫米。一般三元催化的隔熱罩到本體大概有 15 毫米，隔熱罩厚度為－ 1 毫米，一般材料為 st12。 散熱器布置 貨車散熱器一般采用縱流水結(jié)構(gòu)，因?yàn)樨涇嚨牟贾每臻g也較寬裕。而且縱流水結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性較好