汽车空调系统设计说明书

除部分客车空调（独立式空调）压缩机是由专门的辅助发动机驱动外，大部分汽车空调压缩机均由汽车主发动机驱动（非独立式空调），压缩机的转速与发动机呈一定比例在很大的转速范围内同步变化，再加上其固定是通过支架与发动机刚性连接。因此汽车空调制冷系统对压缩机有更高的要求：

①. 由于汽车使用区域广，各地的热、湿负荷变化大，在设计、选用压缩机时，应能保证在；

极端情况下仍能具有令人满意的降温性能；

②. 要有良好的低温性能，在怠速和低速运转时，具有较大的制冷能力和较高的效率。 ③. 降温速度要快，即乘员进入车内后，制冷系统应能在最短的时间内满足乘员的舒适性需要；

④. 由于汽车空调系统的蒸发压力和冷凝压力变化大，怠速时达到很高的冷凝压力，要求压缩机有较好的耐压性和耐渗透性，同时为安全起见，应装有泄压阀。

压缩机类型 立式压缩机 卧板式压机 缩机 转式压缩机 三角转子式压缩机 涡旋式压缩机 密封性好、容积效率高、一般可达90%以上；结构简单，零件数少；国内已经可以批量生产，已有厂家实现流水线作业生产 由于加工难度大，质量难以保证这以致命弱点，现在国外已不再生产。 旋式 压缩斜传统结构，工艺成熟，零件数量少，可靠性好，但是其效率低，尺寸大，转速不易提高 往复活塞式结构，通过多缸化、全铝化、改进润滑方式、简化结构等措施，更加小型、轻量化。但其零件数较多，零件互换性较差，工艺要求高。它的能量调节是突变性的、有级的，不利于车内环境的稳定，而且对发动机的稳定工况有不利的影响，且节能效果不显著 结构紧凑、效率高、转速高、工艺要求更高，涡旋式和三角转子式是近年来出现的许多体积小、重量轻、效率高、省动力、节能型车用空调压缩机的代表。它们的能量调节是无级变化的，节能效果显著 特 点 汽车空调压缩机一般采用开启式、容积式结构，除部分由辅助发动机直接带动外，大多靠电磁离合器由带轮与发动机通过传动带进行连接。中、小型汽车空调压缩机以摆动斜盘式、旋转斜盘式、蜗旋式和滑片式为主。斜盘压缩机又分旋转斜盘式和摆动斜盘式两种，是目前应用最多的机型，其结构紧凑，便于向变排量压缩机转化。目前，批量生产的变排量压缩机，基本上都是由斜盘压缩机衍生而来的，蜗旋变排量压缩机只占市场份额的极小部分。旋转压缩机以结构紧凑、效率高、允许转速高为主要特点，

但工艺要求高，加工困难，怠速时效率降低。由于结构上迎合了汽车厂追求高转速的要求，随着工艺的进步、结构形式的改进，蜗旋压缩机的蜗旋盘加工等工艺问题已基本得到解决。从目前空调压缩机的发展趋势来看，空调压缩机制造技术不断追求的目标：①. 结构紧凑 ②. 高效节能 ③. 微振低噪 ④. 绿色环保。如图

2.3.2 蒸发器的选用

首先综述一下空调热交换器。汽车空调的热交换器有冷凝器和蒸发器两大主要器

件。现在这两大部件都在采用铝质材料方面的技术已经比较成熟；再加上铝材质轻；加工性能良好，可以采用多种成型和装配技术；其在低温下不易发生断裂，有较好的延伸性；铝材没有毒性，冲击后不产生火花，不带磁性，使用安全。所以本课题采用铝质换热器。

蒸发器芯和加热器芯的结构型式主要有管片式、管带式和层叠式。

管片式 管片式换热器主要结构和冷凝器类似，只是由于两者的安装位置和空间限制的影响，在具体形状和尺寸上有所差别。其方法是将厚度很薄的铝箔，按管组排列方式，在高速冲片机上冲出折边孔，肋片可以做成整张的，也可以由几张拼制而成。然后将圆管穿入肋片孔中，为保证铝箔的孔边与圆管接触良好，减小接触热阻，必须将安装好的管片在专门的胀管机上进行胀管，以使管子和肋片之间的接触面上有一定的接触应力。

管带式与管片式相比，一般说来管带式的传热效率比管片式高10%左右，并且管带式重量轻；零件数少，便于管理；管子接头焊接点少，制冷剂泄漏的可能性小，抗震性能比管片式好。但是管带式的管子与散热带的连接需焊接，铝焊接工艺比较复杂，难度较大，且其一般式一条通路，制冷剂要通过整个管道，阻力损失较大。故此次的课题不选择管带式。

层叠式（板翅式） 层叠式蒸发器是由两片冲成复杂形状的铝板，叠在一起形成夹板组成制冷剂通道，每两个夹板之间放置有波浪形散热带，然后一层层叠起来。层叠式蒸发器同样需要双面复合铝材，并且焊接要求较高，两片铝板之间只要存在未焊住的微小隙缝，就会发生制冷剂泄漏。因此这种形式的蒸发器的加工难度很大，但换

热效率也很高，结构紧凑。是现在最常见的蒸发器芯体结构形式。本课题采用此结构作为蒸发器芯体的结构

层叠式蒸发器芯体尽管在热工性能及体积和质量等方面有其优点之处。然而，它也在一些方面存在问题。例如：对模具制造的要求更高，制造费用昂贵；制造、装配、焊接的工艺复杂，要求高；有时还存在制冷剂流动噪音较大等问题。下面对于管片式、管带式、层叠式在各个方面进行比较，结果如表1

2.3.3 冷凝器的选用

冷凝器的作用是使由压缩机排出的高温高压制冷剂气体在冷凝器内通过金属管壁和翅片的与冷凝器外部的空气进行热交换，将高温高压气态制冷剂转变为高温高压的液态制冷剂，并把热量散发到车外环境中。制冷剂的换热大体上可以分三个阶段，即过热、两相和过冷。过热和过冷阶段制冷剂处于单相状态，发生的是显热交换；而在两相阶段，制冷剂发生集态变化，即冷凝，属于潜热交换。在冷凝器中，制冷剂的大部分热量是在凝结阶段释放的。

汽车用冷凝器均采用铝，主要是考虑铝的重量比较轻，作为铝质的冷凝器来讲需

要采取防腐蚀措施，如阳极氧化、化学处理、阴极防腐等方法。

冷凝器的结构型式有：管片式、管带式、鳍片式、平行流式。由于平行流式冷凝器是目前较流行的结构型式，也是我们本课题所采用的主要型式。

管片式的冷凝器与蒸发器基本相同，管带式冷凝器与管带式蒸发器有两点主要的不同：一是扁管是横向布置的，二是扁管宽度略窄些。现在我们就不再讨论管片式和管带式，重点讨论一下鳍片式和平流式。

鳍片式结构是在特殊形状型材的散热管表面直接铣削出鳍片状散热片而得名的。鳍片式这种形式由于管、片式一体，提高了抗振性、散热性能，节省了型材，并且管片之间无须焊接，可以在常温下加工，节约了能源消耗曾经被认为是最先进的车用冷凝器。但是由于需要专用的铣削设备，弯管也需专用夹具，一时难以大量推广。由于我国现在需要安装空调的货车量非常大，鳍片式的不能满足迅速大批量投产的要求，故本次的课题设计不采用鳍片式。

平流式的冷凝器

平行流式冷凝器是由管带式冷凝器演变而来，也是由扁管和散热翅片组成。不同的是平行流式的扁管不是弯成蛇形，而是每根截断的。两端各有一根集流管，制冷剂由管接头进入圆柱形或方形的集流管，然后分流进入椭圆形扁管，地流到对面的集流管，最后通过跨接管回到管接头座或另一管接头。集流管在中间有隔片，起到分流和汇流的作用。每段的管子数目不等，进入冷凝器时制冷剂为气态，比体积最大，管子数也最多。随着制冷剂逐渐冷凝成液体，其比体积逐渐减小，所占容积逐渐减小，管子数也相应减少。这种变化管子数目的结构设计使冷凝器的有效容积得到最合理的利用，使制冷剂的流动和换热情况更趋于合理。平行流式冷凝器吸收了管带式冷凝器的各种新技术，已成为目前使用最广泛的冷凝器结构型式。另外，平行流式冷凝器还有过冷式，即在冷凝器上集成了储液干燥器的结构。

平行流式冷凝器与其它结构型式的对比见下表。

2.3.4节流膨胀机构

在汽车空调系统中，常用的节流装置有膨胀阀和节流短管两种型式。

热力膨胀阀除了节流降压，使进入蒸发器的制冷剂在低温低压下蒸发气化吸热，实现制冷外，还能根据蒸发器出口制冷剂过热度的大小来调节制冷剂流量。由于H型热力膨胀阀可靠性高，又便于机械手装配，在汽车空调系统中运用愈来愈广泛。

热力膨胀阀的工作原理为膨胀阀的感温包感受蒸发器出口制冷剂过热度的大小来调节制冷剂流量，当在某一时刻系统的制冷量达到某种平衡，在下一时刻外界温度