贵州航天成功汽车空调及控制系统

钟 鸣， 朱 飞

（1.贵州航天成功汽车制造有限公司， 贵州 遵义 563003；2.重庆台兴十字汽车空调电机有限公司， 重庆 400023）

随着人们对汽车舒适性的要求， 现代汽车都采用了汽车空调系统， 微型汽车几乎也全部配装了空调制冷系统， 虽然空调系统基本原理相同， 但还是有一定区别。 成功一号是贵州航天成功汽车制造有限公司与上海虹意工业设计有限公司联合开发的一款微型面包车， 于2010年8月6日成功上市， 本车造型优美、 线条流畅， 是我公司进入微型车市场的核心车型。

为使维修人员更方便空调系统的维修， 现就成功一号的空调系统作简要介绍。

1 空调系统的组成

空调系统包括车内的通风、 采暖、 制冷等， 同所有汽车空调系统一样， 成功一号的空调系统由以下几部分组成： 空调压缩机总成、 冷凝器带电子扇总成、 冷凝散热风扇总成、 前蒸发器总成、 暖风机总成、 顶置蒸发器总成、 连接管路及控制线路等，如图1所示。 空调采暖系统以发动机工作时冷却液中的热量作为热源加热空气， 与制冷系统共用一套风机将加热的空气送入车厢。

成功一号制冷空调的特点在于空调部件的选择大多与传统部件不一样， 注重空调系统性能、 环境保护、 高效、 节能节材、 质量轻、 体积小、 低振动与低噪声、 操作维修简便、 安全可靠等几个方面。下面主要介绍制冷空调系统的主要部件。

1.1 汽车空调压缩机

压缩机是汽车空调制冷系统的心脏， 它起着输送和压缩制冷剂蒸气， 保证制冷循环正常工作的作用。 根据目前国内压缩机发展及分类情况， 压缩机有往复活塞式和旋转式， 旋转式又有旋叶式、 转子式、 螺杆式和涡旋式压缩机。 而根据车用空调体积小、 质量轻， 并能在恶劣的工况下工作的要求， 我公司选用能满足这些技术要求且性能更优越的第4代压缩机——涡旋式压缩机。 此压缩机在结构上不同于往复式和其它旋转式， 而是由2个动静涡盘相互啮合而成， 在吸入、 压缩、 排出工作过程中，静盘固定， 动盘围绕静盘作很小半径的平面转动，动静盘之间形成多个月牙形压缩腔体， 气体通过空气滤芯吸入静盘的外围， 随着偏心轴旋转， 气体在腔体内被压缩， 然后由静盘中心部件的轴向孔连续排出。

此涡旋式压缩机的特点： ①由于涡旋式压缩机没有吸气阀及余隙容积， 气体可以通畅地吸入并能完全排出， 其容积效率高， 可达90%～98%； 而往复式压缩机的容积效率只有65%～75%。 ②涡旋式压缩机是多腔室连续工作， 数个不同相位的工作循环同时进行， 总的负载变化很小， 使得压缩机工作非常平稳， 对汽车掉速影响小。 ③动静盘的相对运动速度只有0.4～0.8 m/s， 磨损很小， 可靠性大为提高。④由于涡旋式压缩机没有吸气阀， 所以消除了由于吸气阀引起的噪声， 相同规格下， 涡旋式压缩机的噪声一般比其他机型低3～5 dB； 涡旋式压缩机的运动部件作半径很小的圆周运动， 惯性力容易被平衡掉， 所以振动非常小。

涡旋式压缩机的优点是体积小、 质量轻、 噪声低、 起动力矩小、 功耗低、 容积率高、 制冷速度快、 几乎无易损件、 可靠性和高速性俱佳等。 在高油价时代起动力矩小， 相对压缩机功耗也较小， 使发动机的工作性能更加稳定， 也相对较省油。

1.2 冷凝器

冷凝器是把压缩机排出的高温高压制冷剂气体， 通过冷凝器管壁和翅片将其中热量传递散发到车外空气中， 从而使高温、 高压的制冷剂气体冷凝成较高温度的高压液体。 汽车空调冷凝器属于风冷式冷凝器， 需有冷却风扇将传至冷凝器管片表面的热量带走。 本公司选用多元式平行流式冷凝器， 与传统管带式相比较， 此种冷凝器结构上有所不同，每段管数不同， 进入冷凝器时， 制冷剂呈气态， 比容最大， 管数也最多， 随着制冷剂逐渐冷凝成液体， 比容减小， 管子数也相应变少， 形成一种变通流程的结构， 使冷凝器的有效容积得到合理利用。在同样迎风面下， 平行流式冷凝器与管带式相比，换热性能提高了30%以上。

1.3 储液干燥器

用来临时存储冷凝器液化的制冷剂并进行干燥的过滤处理。

1.4 膨胀阀

具有节流降压、 调节流量、 防止液击和异常过热的控制作用。

1.5 蒸发器

蒸发器的作用是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化， 利用低温低压的液态制冷剂蒸发时吸收周围空气中的大量热量， 从而达到车内降温的目的。 空调风机使车内空气从蒸发器表面流过时接触到表面温度较低的蒸发器管片， 空气中热量被管片所吸收传给蒸发器的制冷剂， 使液态（雾状） 制冷剂汽化， 从而使车内空气因为热量被带走而变冷。 本公司选用层叠式蒸发器， 传统为管带式蒸发器， 由于结构上不同， 层叠式蒸发器具有新的制冷剂流型， 延长了制冷剂在蒸发器内的存留时间， 使蒸发器进行制冷剂与空气的热交换更充分， 制冷性能更优越； 为空气侧凝结水提供流道，冷凝水不易结集， 减少了水膜热阻对板片换热的影响， 强化了传热过程。 与管带式蒸发器相比， 层叠式蒸发器换热量提高15%， 而压降降低50%。

1.6 压缩机过热保护器

车用空调用涡旋式压缩机上装有标准的双金属型复位式热保护器装置， 其目的是： 当发生高负荷高速运转， 或者当发生放气等异常现象而导致排气温度上升时起保护作用， 这个装置只能起到排气温度传感器的作用。

1.7 冷冻液

即压缩机中的润滑油， 在压缩机运行中起着重要的作用。 其作用有： ①润滑作用； ②降低机体温度， 冷冻液在制冷压缩机及系统中不断循环， 能带走压缩机工作过程中产生的大量热量， 使机械保持较低的温度， 从而提高压缩机效率和使用可靠性；③密封作用； ④消声作用。

1.8 制冷剂

作用为在蒸发器中吸收热量后， 经过压缩机压缩成高温高压蒸气， 到冷凝器中放出热量冷却为液体后， 再经膨胀阀节流降压， 以此在空调系统中作两相循环流动。 我公司所用制冷剂型号为HFC－134a， 是目前广泛应用于汽车空调的一种新型环保有机制冷剂， 具有无毒、 无味、 无色、 不燃、 不爆、 热稳定性好等特点。

1.9 顶置蒸发器的选择

目前， 我国几乎所有的乘用厢式微型车顶置蒸发器都安装在汽车乘员舱内， 上部与顶盖贴合， 用左右支架固定在中门上导轨鼓包件上。 由于受设计影响， 现有的蒸发器鼓风量小， 制冷效果不好， 不能很好地满足用户的实际使用要求， 很难满足车内多乘员分布状态时的舒适性要求。 在顶蒸结构上，很多汽车上使用的顶置蒸发器是采用传统技术的贯流式单鼓风机式顶蒸。

根据不断对比、 测试， 我公司选用由重庆台兴十字空调电机有限公司为我公司成功一号专门打造的一款采用轴流式蜗壳双鼓风机结构的顶置蒸发器， 这种顶置蒸发器结构不同于传统蒸发器。

1） 风机采用轴流式蜗壳鼓风机。

2） 风管不同： 风机连接部分采用蜗壳式风管，中后部分利用蒸发器罩壳作为风管直接对蒸发器芯体吹风。

3） 风机进风口不同： 进风口需在叶轮最近处，传统式的进、 出风口必须是两个方向 （对穿型式），而轴流式风机由于其结构不同， 通过风管送风， 因此进风口可与出风口在一个方向。

因其结构不同， 其使用效果也不同， 具有以下优点： 采用双鼓风机， 利用风管定点送风， 风量比传统式增大70%， 达508 m3/h； 利用改变风机空出的空间适当加大蒸发器体积， 可加大约48%， 使得换热量增大达2 800 W， 制冷量增大。 且因风机不同于传统贯流式风机， 采用轴流式风机使得风机的体积减小， 因而总成体积减小至传统顶蒸的1/2， 车内空间增大， 提高了用户头顶的空调， 视野更加开阔。

2 空调的工作原理

汽车空调压缩机由发动机驱动旋转， 由压缩机排出的高温、 高压制冷剂蒸气， 通过高压软管进入汽车空调的冷凝器。 由于高温、 高压的制冷剂蒸气温度高于车外的空气温度， 因此借助冷凝器风扇使冷凝器中制冷剂蒸气的热量被车外的空气带走， 使高温、 高压的制冷剂蒸气冷凝成为较高温度的高压液体， 通过高压软管流入干燥储液器， 经干燥和过滤后， 流过膨胀阀。 在膨胀阀的节流作用下， 制冷剂变成低温、 低压的液体而进入汽车空调的蒸发器， 在定压下汽化并吸收蒸发器管外空气中的热量， 使流经蒸发器的车内循环空气的温度降低成为冷气， 通过鼓风机送入车内， 降低车内的空气温度。 汽化后的制冷剂蒸气， 由压缩机吸入进行压缩， 又变成高温、 高压的制冷剂气体， 通过高压软管压入汽车空调的冷凝器， 完成了汽车空调的一个制冷循环。 此循环周而复始地进行， 就可以使车内的温度维持在舒适的状态。

我们使用的是非独立式空调， 因此， 压缩机的旋转轴是通过电磁离合器及皮带与发动机曲轴相连而得到动力， 当装在蒸发器出风口的传感器感知出风口的温度不够低时， 就会通过电路使压缩机的电磁离合器闭合， 压缩机随发动机运转， 实现制冷；而当出风口温度低于设定值时， 则控制电磁离合器与发动机断开。

3 空调电子控制系统

空调电子控制系统的主要组件： 发动机ECU、前蒸发器、后蒸发器、蒸发器温度传感器、空调A/C开关、 鼓风机、 鼓风调速电阻及开关、 三态压力开关、 继电器、 电子冷却风扇、 冷凝散热风扇、 空调压缩机及电磁离合器等。 其控制原理如图2所示。

对于发动机电控ECU系统， 空调工作的条件：①发动机运行， 且运行时间超过5 s； ②发动机转速高于600 r/min并低于6 200 r/min空调方可启动； ③空调及蒸发器启动后， 发动机目标怠速提高150转；④进气温度大于3.75 ℃， 冷却水温度大于3.75 ℃； ⑤冷却水温度小于105 ℃允许压缩机启动； ⑥冷却水温度大于108 ℃时将切断空调压缩机； ⑦前空调蒸发器温度小于1.5 ℃， 切断空调压缩机； ⑧前空调蒸发器温度大于3.75 ℃， 压缩机可启动； ⑨TPS大于90%， 发动机大负荷空调切断， 以保证动力性。

4 空调控制面板及工作流程

空调控制面板如图3所示。 由图2的空调电子控制系统的控制原理可知， 空调工作除满足ECU空调工作条件外， 打开空调的顺序如下。

起动汽车， 将风门开关调到冷风位置 （第1个旋钮）， 接通风量开关 （中间旋钮）， 再按下A/C开关， 给ECU发出空调请求信号， ECU检测到满足空调工作的条件， 向空调压缩机继电器输出信号， 空调打开， 这时能听到压缩机电磁离合器吸合的声音。 出风口位置由第3个旋钮调节， 从出风口能感受到冷风出来， 旋转风量开关可用来调节出风量的大小， 循环方式由下面的拉杆开关调节。

当暖风风量开关接通， 暖风开关的0、 19、 22号脚接通， 鼓风机转动， 给ECU的12号脚提供信号； 按下A/C开关， 线路中51、 22号脚接通， 如果管路中的冷媒足够， 压力开关接通， 给ECU的44号脚提供空调请求信号； 中压开关给ECU的10号脚提供信号； 当这几个信号正常， 系统认定空调系统具备工作条件， 这时系统给压缩机继电器发出工作信号， 压缩机电磁离合器吸合， 压缩机工作， 冷媒在系统中循环， 空调系统进入正常工作状态。

5 结束语

以上是对贵州航天成功汽车成功一号的空调系统所作的简单介绍， 当汽车空调系统工作不正常时， 可根据原理对不正常的原因作出判断， 继而快速解决问题。

［1］ 肖尤明. 轿车空调用单效溴化锂吸收式冷热水机组的研究［D］. 兰州： 甘肃工业大学， 2011.