【正文】 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 引言 汽車空調(diào)的普及，是提高汽車競爭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，人們對舒適性，可靠性，安全性的要求愈來愈高。國內(nèi)近年來，汽車生產(chǎn)廠家越來越多，產(chǎn)量越來越大，大量中高檔車需要安裝空調(diào)。因此，對汽車空調(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)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展必然會帶動汽車空調(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準范圍內(nèi)，不僅有利于保護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)展的歷史來看，其發(fā)展的速度也是驚人的。1927年就誕生了較為簡單的汽車空調(diào)裝置，它只承擔冬季向乘員供暖和為擋風玻璃除霜的任務(wù)。直到 1940年，由美國 Packard公司生產(chǎn)出第一臺裝有制冷機的轎車。 1954年才真正將第一臺冷暖一體化整體式設(shè)備安裝在美國 Nash牌小汽車上。 1964年，在 Cadillac轎車中出現(xiàn)了第一臺自動控溫的汽車空調(diào)。 1979年，美國 和日本共同推出了用微機控制的空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)字顯示和最佳控制，標志著汽車空調(diào)已進入生產(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，能對車室進行制冷，采暖，通風換氣，除霜 (霧 )，空氣凈化等。我國空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)長速度雖然較快，但是目前國內(nèi)車用空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)基本上仍是處于引進技術(shù)與開發(fā)、研究并舉的階段 。 從目前發(fā)展情況來看 , 渦旋式壓縮機將是我國未來汽車空調(diào)的主要蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 機型。由于這種壓縮機無吸、排氣閥 ,因此 , 工作可靠、壽命長 , 容積效率一般比滾動活塞式提高左右 , 吸排氣連續(xù)、氣流脈動小 , 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、且扭矩變 化均勻 , 最高轉(zhuǎn)速可達左右 , 體積比往復式小 , 重量比往復式輕 , 絕熱效率提高。但渦旋式壓縮機在機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 , 目前國內(nèi)正著手研制這種新機型。換熱器性能的優(yōu)劣 , 對汽車空調(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)從這幾方面進行改進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 , 使冷凝溫度和壓力降低 , 同時系統(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。其換熱效率比管帶式提高左右 , 是將來最有前途的蒸發(fā)器型式。散熱翅片將采用超級條縫片 , 超級條縫片與平片相比 , 其換熱效果將會提 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為個人畢業(yè)后的就業(yè)，考慮到畢業(yè)后要從事汽車方面的研究，并且自己所學專業(yè)在這方面主要是汽車電子方面方面的知識，所以綜合慮后便定下來這個課題。該課題的主要研究方法是通過對的歸納。 總結(jié)主要設(shè)計空調(diào)零件系統(tǒng)總成，安裝位置示意圖，自動空調(diào)系統(tǒng)線路圖，自動空調(diào)系 統(tǒng)控制電路圖。 2 自動空調(diào)的整體設(shè)計 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)學院畢業(yè)設(shè)計（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、電控離合器、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、儲液干燥器、管道（分高壓管路、低壓管路。）、冷凝風扇等組成。 （ 1）電磁離合器：在非獨立式汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中，壓縮機是由汽車主發(fā)動機驅(qū)動的。在需要時接通或切斷發(fā)動機與壓縮機之間的動力傳遞。另外，當壓縮機過載時，它還能起到一定的保護作用。因此，通過控制電磁離合器的結(jié)合與分離，就可接通與斷開壓縮機。當空調(diào)開關(guān)接通時，電流通過電磁離 合器的電磁線圈，電磁線圈產(chǎn)生電磁吸力，使壓縮機的壓力板與皮帶輪結(jié)合，將發(fā)動機的扭矩傳遞給壓縮機主軸，使壓縮機主軸旋轉(zhuǎn)。當斷開空調(diào)開關(guān)時，電磁線圈的吸力消失。在彈簧作用下，壓力板和皮帶輪脫離，壓縮機便停止工作。 （ 2）壓縮機：作用是使制冷劑完成從氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，達到制冷劑散熱凝露的目的。同時在整個空調(diào)系統(tǒng)，壓縮機還是管路內(nèi)介質(zhì)運轉(zhuǎn)的壓力源，沒有它，系統(tǒng)不僅不制冷而且還失去了運行的動力。 本次使用的是葉片式壓縮機。 用于汽車制冷系統(tǒng)的壓縮機按運動型式可分為：往復活塞式、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、滾動活塞式、三角轉(zhuǎn)子式、螺桿式、渦旋式。1）曲軸連桿式壓縮機：它是一種應(yīng)用較為廣泛的制冷壓縮機。壓縮機的活塞在汽缸內(nèi)不斷地運動，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。壓縮機的工作，可分為壓縮、排氣、膨脹、吸氣等四個過程 2) 斜板式壓縮機：它的潤滑方式有兩種，一種是采用強制潤滑，用由主軸驅(qū)動的油泵供油到各潤滑部位及軸封處。主要用于豪華型轎車或小型客車較大制冷量的壓縮機。另一種是采用飛濺潤滑，我國上海內(nèi)燃機油泵廠生產(chǎn)的斜板式 壓縮機即是采用飛濺潤滑。斜板式壓縮機結(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：由于旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機的體積和重量可以做到很小 ，易于在狹小的發(fā)動機艙內(nèi)進行布置 ，加之噪聲和振動小以及容積效率高等優(yōu)點 ，在汽車空調(diào)系統(tǒng)蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 中也得到了一定的應(yīng)用 。但是旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機對加工精度要求很高 ，制造成本較高 。 4)滾動活塞式壓縮機：滾動活塞式壓縮機具有質(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。 （ 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的熱交換器。其 作用是：將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑蒸氣進行冷卻，使其凝結(jié)為高壓制冷劑液體。汽車空調(diào)系統(tǒng)冷凝器均采用風冷式結(jié)構(gòu)，其冷凝原理是：讓外界空氣強制通過冷凝器的散熱片，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整體，因而不存在接觸熱阻，故散熱性能好；另外，管、片之間無需復雜的焊接工藝，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。同時對空氣起減濕作用。 （ 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。其功用是：把來自儲液干燥器的高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流減壓，調(diào)節(jié)和控制進入蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑量，使之適應(yīng)制冷負荷的變化，同時可防止壓縮機發(fā)生液擊現(xiàn)象 (即未蒸發(fā)的液態(tài)制冷劑進入壓縮機后被壓縮，極易引起壓縮機閥片的損壞 )和蒸發(fā)器出口蒸氣異常過熱。 （ 6）儲液干燥器 儲液干燥器簡稱儲液器。安裝在冷凝器和膨脹閥之間，其作用是臨時蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 儲存從冷凝器流出的液態(tài)制冷劑，以便制冷負荷變動和系統(tǒng)中有微漏時，能及時補充和調(diào)整供給熱力膨脹閥的液態(tài)制冷劑量，以保證制冷劑 流動的連續(xù)和穩(wěn)定性。同時，可防止過多的液態(tài)制冷劑儲存在冷凝器里，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，保護設(shè)備部件不受侵蝕，從而保證制冷系統(tǒng)的正常工作。儲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一般為85℃ 95℃。 （ 7）風機： 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)采用的風機，大部分是靠電機帶動的氣體輸送機械，它對空氣進行較小的增壓，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?，因而風機在空調(diào)制冷系統(tǒng)中是十分重要的設(shè)備。風機按其氣體流向與風機主軸的相互關(guān)系，可分為離心式風機和軸流式風機兩種。 空調(diào)系統(tǒng)的工作過程： 壓縮機運轉(zhuǎn)時，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扇的作用強制冷卻到 500C 左右。這時，制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。被液化了的制冷劑，進入干燥器，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。從送風機出來的空氣，不斷流過蒸發(fā)器表面，被冷卻后送進車廂內(nèi)降溫。氣態(tài)制冷劑通過蒸發(fā)器后又重新被壓縮機吸入，這樣反復循環(huán)即可達到制冷目的。 汽車空調(diào)主要功能包括以下 4 大部分 : 制冷、制熱、通風、除濕 制冷系統(tǒng)原理：汽車空調(diào)的壓縮機依靠汽車發(fā)動機的動力提供 ,汽車在怠速狀態(tài)下打開空調(diào)制冷怠速會明顯增大 ,油耗也會相應(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 機驅(qū)動空調(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)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 制熱系統(tǒng)原理：汽車空調(diào)制熱與壓縮機沒有絲毫關(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（中控臺下面的暖風機總成內(nèi)的副水箱）提供 ,早晨在熱車前空調(diào)吹出來的是冷風 ,待熱車后空調(diào)熱風源源不斷的送出來 ,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。但是只是在啟動初期，等發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常，就是利用發(fā)動機的散熱來供暖了。（而有的柴油車由于水溫上升慢，為了一發(fā)動車就能享受到暖風，所以在暖風機里面加有電熱絲 ）。 通風：通風分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán) , 使用內(nèi)循環(huán)時車內(nèi)空氣基本不與外界交流 ,使用外循環(huán)時位于擋風玻璃下的新風口會將外界的空氣源源不斷的送進來 ,以保持車內(nèi)空氣的清新 . 除濕：空調(diào)制冷的過程就是除濕的過程 ,從制冷時產(chǎn)生的大量冷凝水就可以看出來了 ,在濕度較大的陰雨天氣或是溫差太大的時候車內(nèi)的玻璃上容易起霧 ,打開空調(diào)驅(qū)霧就是一個除濕的過程。 空調(diào)系統(tǒng)原理圖 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 空調(diào)系統(tǒng)原理圖 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 冷卻系統(tǒng)說明 內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時 ，與高溫燃氣相接觸的零件受到強烈的加熱，如不加以適當 的冷卻，會使內(nèi)燃機過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機油變質(zhì)和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性 全面惡化。但是，如果冷卻過強，汽油機混合氣形成不良，機油被燃燒稀釋，柴油機工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使內(nèi)燃機工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證內(nèi)燃機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。 發(fā)動機的工況及對冷卻系統(tǒng)的要求 一個良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列各項要求： 1）散熱能力能滿足內(nèi)燃機在各種工況下運轉(zhuǎn)時的需要。當工況和環(huán)境條件變化時，仍 能保證內(nèi)燃機可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度； 2）應(yīng)在短時間內(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。初次加注量能達到系統(tǒng)容積的 90%以上。 5）在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力蓋打開時，水泵進口應(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。啟動后，能在短時間內(nèi)達到正常工作溫度。 10）使用可靠，壽命長，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)計中必須作到提高進風系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 提高通風系數(shù)：總的進風口有效面積和散熱器正面積之比≥ 30%。對于空氣流通不順的結(jié)構(gòu)，需要加導風裝置使風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面積，減薄芯子厚度。這樣可充分利用風扇的風量和車的迎面風，提高散熱器的散熱效率。一般貨車芯厚不超過四排水管，轎車芯厚不超過二排水管。 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 險杠外皮的最小距離 100 毫米，如果發(fā)動機的三元催化在前端的話，還要考慮風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)，因為貨車的布置空間也較寬裕。而且縱流水結(jié)構(gòu)的散熱器強度及懸置的可靠性較好