大客車空調(diào)設計論文.doc

沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第1頁1緒論制冷和空調(diào)并非是近世紀的發(fā)明。早在12000多年以前，一些簡單形式的制冷和空調(diào)就已經(jīng)開始使用。盡管這些系統(tǒng)按今日的標準看是粗糙的，但它們確實起到了與現(xiàn)代裝置相同的作用。汽車空調(diào)出現(xiàn)于1940年，但直至1960年才開始普及。從那時起，對汽車空調(diào)的興趣一直持續(xù)上升?？照{(diào)現(xiàn)在已是最普及的汽車附件之一。汽車空調(diào)，即汽車空氣調(diào)節(jié)的簡稱，即采用人工制冷和采暖的方法，調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等參數(shù)指標，從而為人們創(chuàng)造清新舒適的車內(nèi)環(huán)境。1.1汽車空調(diào)業(yè)的發(fā)展歷程汽車空調(diào)技術的發(fā)展是從低級到高級，由功能簡單向功能齊全方向發(fā)展的，其發(fā)展過程可以概括為以下五個階段：第一階段：單一供暖，即利用房間取暖的方法的汽車空調(diào)。1925年首先在美國出現(xiàn)利用汽車冷卻液通過加熱器的方法取暖。到1927年發(fā)展到具有加熱器、鼓風機和空氣濾清器等比較完整的供熱系統(tǒng)。目前在寒冷的北歐、亞洲北部地區(qū)，汽車空調(diào)仍然使用單一供暖第統(tǒng)。第二階段：單一制冷的汽車空調(diào)。1939年，由美國通用汽車帕克公司（PACKARD）首先在轎車上安裝機械冷降溫的空調(diào)器，成為汽車空調(diào)的先驅(qū)。目前在熱帶、亞熱帶地區(qū)，汽車空調(diào)仍然使用單一冷系統(tǒng)。如廣東、海南島使用的空調(diào)出租汽車，大部只有制冷降溫功能。第三階段：冷暖一體化的空調(diào)。1954年美國通用汽車公司，首先在納什轎車上安裝了冷暖一體化的空調(diào)器，汽車空調(diào)才基本上具有了調(diào)節(jié)控制車內(nèi)溫度、濕度的功能。隨著汽車空調(diào)技術的改進，目前冷暖一體體的空調(diào)基本上具有降溫、除濕、通風、過濾和除霜等功能。第四階段：自動控制的汽車空調(diào)。冷暖一體汽車空調(diào)需要人工操縱，增加了駕駛員的工作量，同時控制質(zhì)量也不太理想。1964年美國通用公司將自動控制的汽車空調(diào)安裝在凱迪拉克轎車上。這種自動空調(diào)裝置只要預先設置好溫度，機器就能自動地沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第2頁在設定的溫度范圍內(nèi)工作，達到調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣的目的。第五階段：微型計算機的汽車空調(diào)。1973年美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司一起聯(lián)合研究微型計算機控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)，1977年同時安裝在各自生產(chǎn)的汽車上。微型計算機控制的汽車空調(diào)增加了顯示數(shù)字化，冷、暖、通風三位一體化。微型計算機根據(jù)車內(nèi)外的環(huán)境條件，控制空調(diào)器的工作，實現(xiàn)了空調(diào)運行與汽車運行的相關統(tǒng)一，極大地提高了調(diào)節(jié)效果、節(jié)約了燃料，從而提高了汽車的整體性能和最佳的舒適性。目前微型計算機控制的汽車空調(diào)裝在高級汽車上，如福特公司的林肯、豐田汽車公司的凌志、本田汽車公司的雅閣和三菱大客車等。1.2我國汽車空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀在20世紀60年代，我國曾經(jīng)有利用汽車發(fā)動機排出的高溫廢氣來取暖的供熱系統(tǒng)，并在工作6070年代生產(chǎn)的北京吉普和北方的一些長途客車上應用。1976年以來，上海、南京、廣東等地開始生產(chǎn)汽車空調(diào)設備，但這些產(chǎn)品大多是為轎車配套的。20世紀80年代初期，我國從日本購進降溫汽車空調(diào)。20世紀80年代中后期，我國第一汽車制造廠以及上海、北京、湖南、廣州、佛山等地分別從日本、德國引進先進的空調(diào)生產(chǎn)線和空調(diào)技術，使我國的汽車空調(diào)技術接近世界水平，為我國汽車空調(diào)的發(fā)展打下良好的基礎。我國現(xiàn)在主要汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家20多家，其中絕大部分都引國外技術生產(chǎn)線和生產(chǎn)設備，還有些是中外合資企業(yè)，國內(nèi)汽車空調(diào)技術的研究和開發(fā)與國外的差距正在逐漸縮小。從市場上占有情況上看，由于大多數(shù)空調(diào)的生產(chǎn)未具規(guī)模化，加上汽車空調(diào)種類繁多，國內(nèi)汽車空調(diào)銷售市場僅為幾家所壟斷。其中上海德爾福汽車空調(diào)系統(tǒng)有限責任公司生產(chǎn)的愛斯牌汽車空調(diào)為別克、帕薩特、桑塔納、捷達、富康、切諾基等車型配套；杰克賽爾汽車空調(diào)有限公司生產(chǎn)的空調(diào)主要為奧迪、紅旗轎車及解放牌重、中、輕型車配套；湖北沙市電工儀表集團生產(chǎn)為東風汽車公司、神龍富康汽車公司配套的載貨車空調(diào)和富康轎車空調(diào)；廣州豪華空調(diào)器有限公司生產(chǎn)海南馬自達、奧拓、廣州本田、長安之星配套的車空調(diào)。隨著我國汽車配件市場的逐步放開，國內(nèi)汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家面臨國外汽車空調(diào)專業(yè)生產(chǎn)廠家的嚴重挑戰(zhàn)。因此國內(nèi)汽車空調(diào)生產(chǎn)如何走上專業(yè)化、規(guī)?；?jīng)營之路，將成為我國未來幾年汽車空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問題。沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第3頁1.3汽車空調(diào)的發(fā)展方向當前,從市場需求方面看,汽車空調(diào)裝置應進一步降低成本,提高燃油經(jīng)濟性；從制造方面看，隨著車廂地板的降低以及車輛向大型化、高級化發(fā)展，需進一步提高汽車空調(diào)各組成裝置的緊湊性和效率；從乘員和駕駛員方面看，車內(nèi)溫度要合理分布、設備操作要簡便，空調(diào)裝置應向全季節(jié)型發(fā)展。日趨自動化早期的汽車空調(diào)系統(tǒng)，進出風系統(tǒng)、冷氣系統(tǒng)和暖氣系統(tǒng)彼此間互相獨立，因而它們的控制系統(tǒng)也自成一體，且汽車空調(diào)都是手動控制，僅憑人的感覺來調(diào)節(jié)開關，因而溫度、濕度及風量很難控制。近年來，隨著電子計算機的普及并逐步應用到汽車空調(diào)系統(tǒng)，使得空調(diào)系統(tǒng)的控制效果日趨完善，空調(diào)設備的性能也越來越高。使用這種空調(diào)系統(tǒng)能進行全天候的空氣調(diào)節(jié)，集制冷、采暖、通風于一體。在人為設定的最佳溫度、濕度及風量的情況下，該系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)人員數(shù)量及其他情況的變化進行多檔位、多模式的微調(diào)，從而達到設定的最佳值，使車內(nèi)始終保持舒適的人工氣候環(huán)境，同時可進行故障自動診斷和數(shù)字顯示，從而縮短其檢修和準備時間。提高舒適性當前不少汽車的空調(diào)系統(tǒng)的制冷和采暖是各自獨立的系統(tǒng)。每當梅雨季節(jié)，車窗玻璃上常常蒙上霧氣，若要去掉霧氣，必須起動冷氣裝置，但這樣會使車內(nèi)太冷。為了克服此缺點，目前正在開發(fā)一種全季節(jié)型的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有換氣、采暖、除濕、制冷等功能，夏天由發(fā)動機驅(qū)動制冷系統(tǒng)，冬天由加熱器制熱采暖，過渡季節(jié)則采用制冷與采暖混合吹出溫和進行除濕，使車廂內(nèi)換氣情況達到最佳狀態(tài)。高效節(jié)能、小型輕量化要進一步降低空調(diào)重量和外形尺寸，必須提高警惕各組成裝置的結(jié)構(gòu)緊湊性和效率。在壓縮機方面，以往的空調(diào)系統(tǒng)多采用斜板式壓縮機，這種壓縮機制冷能力相對較低，性能系數(shù)和容積效率也相對較小。為了提高壓縮機性能，現(xiàn)已使用制冷效率高的旋轉(zhuǎn)式壓縮機和三角轉(zhuǎn)子壓縮機。在冷凝器和蒸發(fā)器方面，管片換熱器已逐漸被管帶式換熱器取代。而目前散熱性能更佳，結(jié)構(gòu)更為緊湊的平行流冷凝器和層疊式蒸發(fā)器又有取代管帶式換熱器的趨勢。在制冷管路方面，進行優(yōu)化設計使管路結(jié)構(gòu)更為合理，并在管路上裝配防振橡膠鞋塊以防共振等。沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第4頁向環(huán)保型汽車空調(diào)發(fā)展目前所使用的汽車空調(diào)制冷劑R12對大氣臭氧層有一定的破壞作用，根據(jù)“蒙特利爾議定書”規(guī)定，發(fā)達國家1966年開始禁用R12，發(fā)展中國家2006年完全禁用R12。因此世界各國都在積極研制一種更適合環(huán)境保護的新型制冷劑。目前世界各國一致辭公認R134a是R12的首選替代物，并基本上解決了空調(diào)系統(tǒng)的匹配和材料等一系列問題。采用空調(diào)新技術空調(diào)制冷方式有許多種，目前應用于汽車空調(diào)的制冷方式全部為蒸汽壓縮式。其他制冷方式，如吸收式、吸附式、蒸氣噴射式、空氣壓縮式等，很少在汽車空調(diào)上采用。但利用發(fā)動機的余熱來驅(qū)動制冷系統(tǒng)是一個理想的節(jié)能方案，所以世界各國都在研究這種新技術。成果有氫他物汽車空調(diào)系統(tǒng)、固體吸附制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)、吸收式汽車空調(diào)系統(tǒng)、二段式制冷循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng)。這里不進行更詳細的介紹。1.4汽車空調(diào)的功能和特點1.4.1汽車空調(diào)的功能由生活中可知道，汽車空調(diào)的功能是調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等。調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度是汽車空調(diào)的基本功能，在夏季人感到舒適的溫度是2228，冬季是1618。溫度低于14，人會感覺到“冷”，溫度越低，手腳動作就會越僵硬，駕駛員將不能靈活操作。溫度超過28，人就會覺得燥熱，精神集中不起來，思維遲鈍，容易造成交通事故。超過40,則稱為為害溫度，將對人體健康造成損害。另外，人體面部所需求的溫度比足部略低，即要求“頭涼足暖”，溫差大約為2。汽車空調(diào)的第二個功能是調(diào)節(jié)車室內(nèi)的濕度。普通汽車空調(diào)一般不具備這種功能，只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調(diào)器，才能對車內(nèi)的濕度進行適量調(diào)節(jié)。它通過制冷裝置冷卻降溫去除空氣中的水分，再由采暖裝置升溫以降低空氣的相對濕度。人覺得舒適的相對濕度夏季是50%60%,冬季是40%50%。在這種濕度環(huán)境中，人會覺得心情舒暢。汽車空調(diào)的第三個功能是調(diào)節(jié)車室內(nèi)的空氣流速。人在流動的空氣中比在靜止的空氣中要舒適，這是因為流動的空氣能促進人體內(nèi)外散熱。所以，空氣流速是汽車空沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第5頁氣調(diào)節(jié)的重要內(nèi)容之一。空氣流速在0.2m/s以下為好，并且以低速變動為佳。汽車空調(diào)的第四個功能是過濾凈化空氣。由于車內(nèi)空間小，乘員密度大，全封閉空間的空氣極易產(chǎn)生缺氧和二氧化碳濃度過高的情況；汽車發(fā)動機廢氣中的一氧化碳和道路上的粉塵都易進入車內(nèi)，造成車內(nèi)空氣渾濁，嚴重影響乘員的身體健康，因此必須對車內(nèi)空氣進行交貨處理。1.4.2汽車空調(diào)的特點汽車直接暴露在太陽下或風雪下，隔熱措施困難；汽車在行駛時有大量風沙、廢氣從各種縫隙鉆入車廂內(nèi)，造成車廂內(nèi)的空氣污染并增加熱負荷；汽車的行駛速度變化無常，難以保證穩(wěn)定的空調(diào)工況等。所以汽車空調(diào)的工作環(huán)境比房間空調(diào)器要惡劣得多。因此，汽車空調(diào)應比一般房間空調(diào)具有更高的技術性能和工作可靠性。具體要求如下：汽車空調(diào)應保證在任何條件下，車廂內(nèi)部都具有舒適的溫度范圍和氣流平均速度。汽車空調(diào)的控制機構(gòu)和操縱機構(gòu)要靈活、方便、可靠。汽車空調(diào)的零部件要求可靠、體積小、重量輕、安裝維修方便。汽車空調(diào)應具有快速制冷和快速采暖的能力。汽車空調(diào)冷氣裝置工作時，對汽車發(fā)動機的動力消耗、燃油消耗、加速和爬坡性能的影響應盡可能小。汽車空高在汽車上的結(jié)構(gòu)布局要緊湊合理。零件安裝要有防振措施，保證汽車空調(diào)在劇烈顛簸振動條件下能可靠地工作。1.5汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與分類1.5.1汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成汽車安裝空調(diào)的目的是為了調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣的溫度、濕度，改善車內(nèi)空氣的流動，并且提高空氣的清潔度。因此汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：制冷裝置（系統(tǒng)）：對車內(nèi)空氣或由外部進入車內(nèi)的新鮮空氣進行冷卻或除濕，使車內(nèi)空氣變得涼爽舒適。暖風裝置：主要用于取暖，對車內(nèi)空氣或由外部進入車內(nèi)的新鮮空氣進行加沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第6頁熱，達到取暖、除濕的目的。通風裝置：將外部新鮮空氣吸進車內(nèi)，起通風和換氣作用。同時通風對防止風窗玻璃起霧也起良好作用。加濕裝置：在空氣濕度較低的時候，對車內(nèi)空氣加濕，以提高車內(nèi)空氣的相對濕度?？諝鈨艋b置：除去車內(nèi)空氣的塵埃、臭味、煙氣及有毒氣體，使車內(nèi)空氣變得清潔。將上述各部分全部或部分有機的組合在一起安裝在汽車上，便組成了汽車空調(diào)系統(tǒng)。在一般的轎車和客、貨車上，通常只有制冷裝置、暖風裝置和通風裝置，在高級轎車和高級大客車上，才有加濕裝置和空氣凈化裝置。1.5.2汽車空調(diào)系統(tǒng)的分類按驅(qū)動型式分類汽車空調(diào)系統(tǒng)可分為非獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)和獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)。非獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)制冷壓縮機由汽車本身的發(fā)動機驅(qū)動，汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能受汽車發(fā)動機工況的影響較大，工作穩(wěn)定性較差。尤其是低速時制冷量不足，而在高速時制冷量過剩，并且消耗功率較大，影響發(fā)動機的動力性。這種類型的汽車空調(diào)系統(tǒng)一般多用于制冷量相對較小的中、小型客車上。獨立式車空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)制冷壓縮機由專用的空調(diào)發(fā)動機驅(qū)動，因此汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能不受汽車主發(fā)動機的工況影響，工作穩(wěn)定、制冷量大，但由于加裝了一臺發(fā)動機，不僅成本增加，而且體積和質(zhì)量也增加。這種類型的汽車空調(diào)多用于大、中型客車上。按結(jié)構(gòu)型式分類汽車空調(diào)可分為整體式空調(diào)、分體式空調(diào)以及分散式空調(diào)。整體式空調(diào)的將發(fā)動機、壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器通過傳動帶、管道連接成一個整體，安裝在一個專用機架上，構(gòu)成一個獨立的總成，由副發(fā)動機帶動，通過車內(nèi)通風管將風送入車內(nèi)。分體式空調(diào)是將壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器以及獨立式空調(diào)的副發(fā)動機部分或全部分開布置，用管道聯(lián)成一個制冷系統(tǒng)。沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第7頁分散式空調(diào)是將蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機等各部件分散安裝在汽車和各個部位，并用管道相聯(lián)接。轎車、中小型客車及貨車都采用這種結(jié)構(gòu)形式。另外，按照蒸發(fā)器的布置方式分類還可將汽車空調(diào)分為儀表臺板式空調(diào)、頂置式空調(diào)；按蒸發(fā)器和冷凝器的數(shù)量的不同分類，汽車空調(diào)可分為單蒸單冷式、單蒸雙冷式、雙蒸單冷式、雙蒸雙冷式。沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第8頁2汽車空調(diào)的工作原理2.1汽車空調(diào)的制冷原理汽車空調(diào)制冷原理主要有三個要點：液體變成氣體時，需要吸收大量的熱量，熱量被吸收而溫度隨之降低。溫度的變化不僅與物體內(nèi)所含熱量的大小有關，而且與物體的體積、質(zhì)量有關。物體熱量的自然傳遞，只能從高溫物體向低溫物體傳遞，即高能向低能傳熱。汽車冷氣系統(tǒng)設計是利用制冷蒸發(fā)時需吸收蒸發(fā)潛熱的基本原理。制冷劑從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時會吸收熱量，該過程是在蒸發(fā)器中發(fā)生的，蒸發(fā)器位于乘客車廂內(nèi)，其作用是吸走熱量。制冷劑從氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時需要放出熱量，這個過程是在冷凝器中進行的。如圖2.1所示。高壓側(cè)低壓側(cè)排氣管冷凝器風扇高壓液管儲液干燥器膨脹閥壓縮機低壓液管吸氣管感溫包鼓風機蒸發(fā)器圖2.1汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理汽車空調(diào)壓縮機由發(fā)動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（非獨立式空調(diào)系統(tǒng)壓縮機由汽車發(fā)動機驅(qū)動，獨立式空調(diào)系統(tǒng)壓縮機由單獨的發(fā)動機提供動力）。由壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑蒸氣，通過高壓軟管進入汽車空調(diào)的冷凝器。由于高溫、高壓的制冷劑蒸氣溫度高于車外的空氣溫度，因此借助冷凝器風扇使冷凝器中的制冷劑蒸氣的熱量被車外帶走，使高溫、高壓的制冷劑蒸氣冷凝成為較高溫度的高壓液體，通過高壓軟管流入儲液干燥器，經(jīng)干燥和過濾后，流過膨脹閥。在膨脹閥的節(jié)流作用下，制冷劑變成低沈陽航空工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)第9頁溫、低壓的液體而進入汽車空調(diào)的蒸發(fā)器，在定壓下汽化并吸收蒸發(fā)管外空氣中的熱量，使流經(jīng)蒸發(fā)器的車內(nèi)循環(huán)空氣的溫度降成為冷氣，通過鼓風機送入車內(nèi)，降低車內(nèi)的空氣溫度。氣化后的制冷劑蒸氣，由壓縮機吸入進行壓縮，又變成高溫、高壓的氣體，通過高壓軟管壓入汽車空調(diào)的冷凝器，完成了汽車空調(diào)的制冷循環(huán)。此循環(huán)周而復始