貴州航天成功汽車空調及控制系統

鐘 鳴， 朱 飛

（1.貴州航天成功汽車制造有限公司， 貴州 遵義 563003；2.重慶臺興十字汽車空調電機有限公司， 重慶 400023）

隨著人們對汽車舒適性的要求， 現代汽車都采用了汽車空調系統， 微型汽車幾乎也全部配裝了空調制冷系統， 雖然空調系統基本原理相同， 但還是有一定區別。 成功一號是貴州航天成功汽車制造有限公司與上海虹意工業設計有限公司聯合開發的一款微型面包車， 于2010年8月6日成功上市， 本車造型優美、 線條流暢， 是我公司進入微型車市場的核心車型。

為使維修人員更方便空調系統的維修， 現就成功一號的空調系統作簡要介紹。

1 空調系統的組成

空調系統包括車內的通風、 采暖、 制冷等， 同所有汽車空調系統一樣， 成功一號的空調系統由以下幾部分組成： 空調壓縮機總成、 冷凝器帶電子扇總成、 冷凝散熱風扇總成、 前蒸發器總成、 暖風機總成、 頂置蒸發器總成、 連接管路及控制線路等，如圖1所示。 空調采暖系統以發動機工作時冷卻液中的熱量作為熱源加熱空氣， 與制冷系統共用一套風機將加熱的空氣送入車廂。

成功一號制冷空調的特點在于空調部件的選擇大多與傳統部件不一樣， 注重空調系統性能、 環境保護、 高效、 節能節材、 質量輕、 體積小、 低振動與低噪聲、 操作維修簡便、 安全可靠等幾個方面。下面主要介紹制冷空調系統的主要部件。

1.1 汽車空調壓縮機

壓縮機是汽車空調制冷系統的心臟， 它起著輸送和壓縮制冷劑蒸氣， 保證制冷循環正常工作的作用。 根據目前國內壓縮機發展及分類情況， 壓縮機有往復活塞式和旋轉式， 旋轉式又有旋葉式、 轉子式、 螺桿式和渦旋式壓縮機。 而根據車用空調體積小、 質量輕， 并能在惡劣的工況下工作的要求， 我公司選用能滿足這些技術要求且性能更優越的第4代壓縮機——渦旋式壓縮機。 此壓縮機在結構上不同于往復式和其它旋轉式， 而是由2個動靜渦盤相互嚙合而成， 在吸入、 壓縮、 排出工作過程中，靜盤固定， 動盤圍繞靜盤作很小半徑的平面轉動，動靜盤之間形成多個月牙形壓縮腔體， 氣體通過空氣濾芯吸入靜盤的外圍， 隨著偏心軸旋轉， 氣體在腔體內被壓縮， 然后由靜盤中心部件的軸向孔連續排出。

此渦旋式壓縮機的特點： ①由于渦旋式壓縮機沒有吸氣閥及余隙容積， 氣體可以通暢地吸入并能完全排出， 其容積效率高， 可達90%～98%； 而往復式壓縮機的容積效率只有65%～75%。 ②渦旋式壓縮機是多腔室連續工作， 數個不同相位的工作循環同時進行， 總的負載變化很小， 使得壓縮機工作非常平穩， 對汽車掉速影響小。 ③動靜盤的相對運動速度只有0.4～0.8 m/s， 磨損很小， 可靠性大為提高。④由于渦旋式壓縮機沒有吸氣閥， 所以消除了由于吸氣閥引起的噪聲， 相同規格下， 渦旋式壓縮機的噪聲一般比其他機型低3～5 dB； 渦旋式壓縮機的運動部件作半徑很小的圓周運動， 慣性力容易被平衡掉， 所以振動非常小。

渦旋式壓縮機的優點是體積小、 質量輕、 噪聲低、 起動力矩小、 功耗低、 容積率高、 制冷速度快、 幾乎無易損件、 可靠性和高速性俱佳等。 在高油價時代起動力矩小， 相對壓縮機功耗也較小， 使發動機的工作性能更加穩定， 也相對較省油。

1.2 冷凝器

冷凝器是把壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體， 通過冷凝器管壁和翅片將其中熱量傳遞散發到車外空氣中， 從而使高溫、 高壓的制冷劑氣體冷凝成較高溫度的高壓液體。 汽車空調冷凝器屬于風冷式冷凝器， 需有冷卻風扇將傳至冷凝器管片表面的熱量帶走。 本公司選用多元式平行流式冷凝器， 與傳統管帶式相比較， 此種冷凝器結構上有所不同，每段管數不同， 進入冷凝器時， 制冷劑呈氣態， 比容最大， 管數也最多， 隨著制冷劑逐漸冷凝成液體， 比容減小， 管子數也相應變少， 形成一種變通流程的結構， 使冷凝器的有效容積得到合理利用。在同樣迎風面下， 平行流式冷凝器與管帶式相比，換熱性能提高了30%以上。

1.3 儲液干燥器

用來臨時存儲冷凝器液化的制冷劑并進行干燥的過濾處理。

1.4 膨脹閥

具有節流降壓、 調節流量、 防止液擊和異常過熱的控制作用。

1.5 蒸發器

蒸發器的作用是將經過節流降壓后的液態制冷劑在蒸發器內沸騰汽化， 利用低溫低壓的液態制冷劑蒸發時吸收周圍空氣中的大量熱量， 從而達到車內降溫的目的。 空調風機使車內空氣從蒸發器表面流過時接觸到表面溫度較低的蒸發器管片， 空氣中熱量被管片所吸收傳給蒸發器的制冷劑， 使液態（霧狀） 制冷劑汽化， 從而使車內空氣因為熱量被帶走而變冷。 本公司選用層疊式蒸發器， 傳統為管帶式蒸發器， 由于結構上不同， 層疊式蒸發器具有新的制冷劑流型， 延長了制冷劑在蒸發器內的存留時間， 使蒸發器進行制冷劑與空氣的熱交換更充分， 制冷性能更優越； 為空氣側凝結水提供流道，冷凝水不易結集， 減少了水膜熱阻對板片換熱的影響， 強化了傳熱過程。 與管帶式蒸發器相比， 層疊式蒸發器換熱量提高15%， 而壓降降低50%。

1.6 壓縮機過熱保護器

車用空調用渦旋式壓縮機上裝有標準的雙金屬型復位式熱保護器裝置， 其目的是： 當發生高負荷高速運轉， 或者當發生放氣等異常現象而導致排氣溫度上升時起保護作用， 這個裝置只能起到排氣溫度傳感器的作用。

1.7 冷凍液

即壓縮機中的潤滑油， 在壓縮機運行中起著重要的作用。 其作用有： ①潤滑作用； ②降低機體溫度， 冷凍液在制冷壓縮機及系統中不斷循環， 能帶走壓縮機工作過程中產生的大量熱量， 使機械保持較低的溫度， 從而提高壓縮機效率和使用可靠性；③密封作用； ④消聲作用。

1.8 制冷劑

作用為在蒸發器中吸收熱量后， 經過壓縮機壓縮成高溫高壓蒸氣， 到冷凝器中放出熱量冷卻為液體后， 再經膨脹閥節流降壓， 以此在空調系統中作兩相循環流動。 我公司所用制冷劑型號為HFC－134a， 是目前廣泛應用于汽車空調的一種新型環保有機制冷劑， 具有無毒、 無味、 無色、 不燃、 不爆、 熱穩定性好等特點。

1.9 頂置蒸發器的選擇

目前， 我國幾乎所有的乘用廂式微型車頂置蒸發器都安裝在汽車乘員艙內， 上部與頂蓋貼合， 用左右支架固定在中門上導軌鼓包件上。 由于受設計影響， 現有的蒸發器鼓風量小， 制冷效果不好， 不能很好地滿足用戶的實際使用要求， 很難滿足車內多乘員分布狀態時的舒適性要求。 在頂蒸結構上，很多汽車上使用的頂置蒸發器是采用傳統技術的貫流式單鼓風機式頂蒸。

根據不斷對比、 測試， 我公司選用由重慶臺興十字空調電機有限公司為我公司成功一號專門打造的一款采用軸流式蝸殼雙鼓風機結構的頂置蒸發器， 這種頂置蒸發器結構不同于傳統蒸發器。

1） 風機采用軸流式蝸殼鼓風機。

2） 風管不同： 風機連接部分采用蝸殼式風管，中后部分利用蒸發器罩殼作為風管直接對蒸發器芯體吹風。

3） 風機進風口不同： 進風口需在葉輪最近處，傳統式的進、 出風口必須是兩個方向 （對穿型式），而軸流式風機由于其結構不同， 通過風管送風， 因此進風口可與出風口在一個方向。

因其結構不同， 其使用效果也不同， 具有以下優點： 采用雙鼓風機， 利用風管定點送風， 風量比傳統式增大70%， 達508 m3/h； 利用改變風機空出的空間適當加大蒸發器體積， 可加大約48%， 使得換熱量增大達2 800 W， 制冷量增大。 且因風機不同于傳統貫流式風機， 采用軸流式風機使得風機的體積減小， 因而總成體積減小至傳統頂蒸的1/2， 車內空間增大， 提高了用戶頭頂的空調， 視野更加開闊。

2 空調的工作原理

汽車空調壓縮機由發動機驅動旋轉， 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制冷劑蒸氣的熱量被車外的空氣帶走， 使高溫、 高壓的制冷劑蒸氣冷凝成為較高溫度的高壓液體， 通過高壓軟管流入干燥儲液器， 經干燥和過濾后， 流過膨脹閥。 在膨脹閥的節流作用下， 制冷劑變成低溫、 低壓的液體而進入汽車空調的蒸發器， 在定壓下汽化并吸收蒸發器管外空氣中的熱量， 使流經蒸發器的車內循環空氣的溫度降低成為冷氣， 通過鼓風機送入車內， 降低車內的空氣溫度。 汽化后的制冷劑蒸氣， 由壓縮機吸入進行壓縮， 又變成高溫、 高壓的制冷劑氣體， 通過高壓軟管壓入汽車空調的冷凝器， 完成了汽車空調的一個制冷循環。 此循環周而復始地進行， 就可以使車內的溫度維持在舒適的狀態。

我們使用的是非獨立式空調， 因此， 壓縮機的旋轉軸是通過電磁離合器及皮帶與發動機曲軸相連而得到動力， 當裝在蒸發器出風口的傳感器感知出風口的溫度不夠低時， 就會通過電路使壓縮機的電磁離合器閉合， 壓縮機隨發動機運轉， 實現制冷；而當出風口溫度低于設定值時， 則控制電磁離合器與發動機斷開。

3 空調電子控制系統

空調電子控制系統的主要組件： 發動機ECU、前蒸發器、后蒸發器、蒸發器溫度傳感器、空調A/C開關、 鼓風機、 鼓風調速電阻及開關、 三態壓力開關、 繼電器、 電子冷卻風扇、 冷凝散熱風扇、 空調壓縮機及電磁離合器等。 其控制原理如圖2所示。

對于發動機電控ECU系統， 空調工作的條件：①發動機運行， 且運行時間超過5 s； ②發動機轉速高于600 r/min并低于6 200 r/min空調方可啟動； ③空調及蒸發器啟動后， 發動機目標怠速提高150轉；④進氣溫度大于3.75 ℃， 冷卻水溫度大于3.75 ℃； ⑤冷卻水溫度小于105 ℃允許壓縮機啟動； ⑥冷卻水溫度大于108 ℃時將切斷空調壓縮機； ⑦前空調蒸發器溫度小于1.5 ℃， 切斷空調壓縮機； ⑧前空調蒸發器溫度大于3.75 ℃， 壓縮機可啟動； ⑨TPS大于90%， 發動機大負荷空調切斷， 以保證動力性。

4 空調控制面板及工作流程

空調控制面板如圖3所示。 由圖2的空調電子控制系統的控制原理可知， 空調工作除滿足ECU空調工作條件外， 打開空調的順序如下。

起動汽車， 將風門開關調到冷風位置 （第1個旋鈕）， 接通風量開關 （中間旋鈕）， 再按下A/C開關， 給ECU發出空調請求信號， ECU檢測到滿足空調工作的條件， 向空調壓縮機繼電器輸出信號， 空調打開， 這時能聽到壓縮機電磁離合器吸合的聲音。 出風口位置由第3個旋鈕調節， 從出風口能感受到冷風出來， 旋轉風量開關可用來調節出風量的大小， 循環方式由下面的拉桿開關調節。

當暖風風量開關接通， 暖風開關的0、 19、 22號腳接通， 鼓風機轉動， 給ECU的12號腳提供信號； 按下A/C開關， 線路中51、 22號腳接通， 如果管路中的冷媒足夠， 壓力開關接通， 給ECU的44號腳提供空調請求信號； 中壓開關給ECU的10號腳提供信號； 當這幾個信號正常， 系統認定空調系統具備工作條件， 這時系統給壓縮機繼電器發出工作信號， 壓縮機電磁離合器吸合， 壓縮機工作， 冷媒在系統中循環， 空調系統進入正常工作狀態。

5 結束語

以上是對貴州航天成功汽車成功一號的空調系統所作的簡單介紹， 當汽車空調系統工作不正常時， 可根據原理對不正常的原因作出判斷， 繼而快速解決問題。

［1］ 肖尤明. 轎車空調用單效溴化鋰吸收式冷熱水機組的研究［D］. 蘭州： 甘肅工業大學， 2011.