貴州航天成功汽車空調(diào)及控制系統(tǒng)

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(diào)電機有限公司， 重慶 400023）

隨著人們對汽車舒適性的要求， 現(xiàn)代汽車都采用了汽車空調(diào)系統(tǒng)， 微型汽車幾乎也全部配裝了空調(diào)制冷系統(tǒng)， 雖然空調(diào)系統(tǒng)基本原理相同， 但還是有一定區(qū)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(yè)設(shè)計有限公司聯(lián)合開發(fā)的一款微型面包車， 于2010年8月6日成功上市， 本車造型優(yōu)美、 線條流暢， 是我公司進(jìn)入微型車市場的核心車型。

為使維修人員更方便空調(diào)系統(tǒng)的維修， 現(xiàn)就成功一號的空調(diào)系統(tǒng)作簡要介紹。

1 空調(diào)系統(tǒng)的組成

空調(diào)系統(tǒng)包括車內(nèi)的通風(fēng)、 采暖、 制冷等， 同所有汽車空調(diào)系統(tǒng)一樣， 成功一號的空調(diào)系統(tǒng)由以下幾部分組成： 空調(diào)壓縮機總成、 冷凝器帶電子扇總成、 冷凝散熱風(fēng)扇總成、 前蒸發(fā)器總成、 暖風(fēng)機總成、 頂置蒸發(fā)器總成、 連接管路及控制線路等，如圖1所示。 空調(diào)采暖系統(tǒng)以發(fā)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(tǒng)共用一套風(fēng)機將加熱的空氣送入車廂。

成功一號制冷空調(diào)的特點在于空調(diào)部件的選擇大多與傳統(tǒng)部件不一樣， 注重空調(diào)系統(tǒng)性能、 環(huán)境保護(hù)、 高效、 節(jié)能節(jié)材、 質(zhì)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(diào)系統(tǒng)的主要部件。

1.1 汽車空調(diào)壓縮機

壓縮機是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟， 它起著輸送和壓縮制冷劑蒸氣， 保證制冷循環(huán)正常工作的作用。 根據(jù)目前國內(nèi)壓縮機發(fā)展及分類情況， 壓縮機有往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)式， 旋轉(zhuǎn)式又有旋葉式、 轉(zhuǎn)子式、 螺桿式和渦旋式壓縮機。 而根據(jù)車用空調(diào)體積小、 質(zhì)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(shù)要求且性能更優(yōu)越的第4代壓縮機——渦旋式壓縮機。 此壓縮機在結(jié)構(gòu)上不同于往復(fù)式和其它旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)， 氣體在腔體內(nèi)被壓縮， 然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)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(dá)90%～98%； 而往復(fù)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(xù)工作， 數(shù)個不同相位的工作循環(huán)同時進(jìn)行， 總的負(fù)載變化很小， 使得壓縮機工作非常平穩(wěn)， 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(guī)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(yōu)點是體積小、 質(zhì)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(fā)動機的工作性能更加穩(wěn)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(fā)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(diào)冷凝器屬于風(fēng)冷式冷凝器， 需有冷卻風(fēng)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(tǒng)管帶式相比較， 此種冷凝器結(jié)構(gòu)上有所不同，每段管數(shù)不同， 進(jìn)入冷凝器時， 制冷劑呈氣態(tài)， 比容最大， 管數(shù)也最多， 隨著制冷劑逐漸冷凝成液體， 比容減小， 管子數(shù)也相應(yīng)變少， 形成一種變通流程的結(jié)構(gòu)， 使冷凝器的有效容積得到合理利用。在同樣迎風(fēng)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(jìn)行干燥的過濾處理。

1.4 膨脹閥

具有節(jié)流降壓、 調(diào)節(jié)流量、 防止液擊和異常過熱的控制作用。

1.5 蒸發(fā)器

蒸發(fā)器的作用是將經(jīng)過節(jié)流降壓后的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰汽化， 利用低溫低壓的液態(tài)制冷劑蒸發(fā)時吸收周圍空氣中的大量熱量， 從而達(dá)到車內(nèi)降溫的目的。 空調(diào)風(fēng)機使車內(nèi)空氣從蒸發(fā)器表面流過時接觸到表面溫度較低的蒸發(fā)器管片， 空氣中熱量被管片所吸收傳給蒸發(fā)器的制冷劑， 使液態(tài)（霧狀） 制冷劑汽化， 從而使車內(nèi)空氣因為熱量被帶走而變冷。 本公司選用層疊式蒸發(fā)器， 傳統(tǒng)為管帶式蒸發(fā)器， 由于結(jié)構(gòu)上不同， 層疊式蒸發(fā)器具有新的制冷劑流型， 延長了制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的存留時間， 使蒸發(fā)器進(jìn)行制冷劑與空氣的熱交換更充分， 制冷性能更優(yōu)越； 為空氣側(cè)凝結(jié)水提供流道，冷凝水不易結(jié)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(fā)器相比， 層疊式蒸發(fā)器換熱量提高15%， 而壓降降低50%。

1.6 壓縮機過熱保護(hù)器

車用空調(diào)用渦旋式壓縮機上裝有標(biāo)準(zhǔn)的雙金屬型復(fù)位式熱保護(hù)器裝置， 其目的是： 當(dāng)發(fā)生高負(fù)荷高速運轉(zhuǎn)， 或者當(dāng)發(fā)生放氣等異?，F(xiàn)象而導(dǎo)致排氣溫度上升時起保護(hù)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(tǒng)中不斷循環(huán)， 能帶走壓縮機工作過程中產(chǎn)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(fā)器中吸收熱量后， 經(jīng)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(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓， 以此在空調(diào)系統(tǒng)中作兩相循環(huán)流動。 我公司所用制冷劑型號為HFC－134a， 是目前廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)的一種新型環(huán)保有機制冷劑， 具有無毒、 無味、 無色、 不燃、 不爆、 熱穩(wěn)定性好等特點。

1.9 頂置蒸發(fā)器的選擇

目前， 我國幾乎所有的乘用廂式微型車頂置蒸發(fā)器都安裝在汽車乘員艙內(nèi)， 上部與頂蓋貼合， 用左右支架固定在中門上導(dǎo)軌鼓包件上。 由于受設(shè)計影響， 現(xiàn)有的蒸發(fā)器鼓風(fēng)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(nèi)多乘員分布狀態(tài)時的舒適性要求。 在頂蒸結(jié)構(gòu)上，很多汽車上使用的頂置蒸發(fā)器是采用傳統(tǒng)技術(shù)的貫流式單鼓風(fēng)機式頂蒸。

根據(jù)不斷對比、 測試， 我公司選用由重慶臺興十字空調(diào)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(fēng)機結(jié)構(gòu)的頂置蒸發(fā)器， 這種頂置蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)蒸發(fā)器。

1） 風(fēng)機采用軸流式蝸殼鼓風(fēng)機。

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

3） 風(fēng)機進(jìn)風(fēng)口不同： 進(jìn)風(fēng)口需在葉輪最近處，傳統(tǒng)式的進(jìn)、 出風(fēng)口必須是兩個方向 （對穿型式），而軸流式風(fēng)機由于其結(jié)構(gòu)不同， 通過風(fēng)管送風(fēng)， 因此進(jìn)風(fēng)口可與出風(fēng)口在一個方向。

因其結(jié)構(gòu)不同， 其使用效果也不同， 具有以下優(yōu)點： 采用雙鼓風(fēng)機， 利用風(fēng)管定點送風(fēng)， 風(fēng)量比傳統(tǒng)式增大70%， 達(dá)508 m3/h； 利用改變風(fēng)機空出的空間適當(dāng)加大蒸發(fā)器體積， 可加大約48%， 使得換熱量增大達(dá)2 800 W， 制冷量增大。 且因風(fēng)機不同于傳統(tǒng)貫流式風(fēng)機， 采用軸流式風(fēng)機使得風(fēng)機的體積減小， 因而總成體積減小至傳統(tǒng)頂蒸的1/2， 車內(nèi)空間增大， 提高了用戶頭頂?shù)目照{(diào)， 視野更加開闊。

2 空調(diào)的工作原理

汽車空調(diào)壓縮機由發(fā)動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)， 由壓縮機排出的高溫、 高壓制冷劑蒸氣， 通過高壓軟管進(jìn)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(fēng)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(jīng)干燥和過濾后， 流過膨脹閥。 在膨脹閥的節(jié)流作用下， 制冷劑變成低溫、 低壓的液體而進(jìn)入汽車空調(diào)的蒸發(fā)器， 在定壓下汽化并吸收蒸發(fā)器管外空氣中的熱量， 使流經(jīng)蒸發(fā)器的車內(nèi)循環(huán)空氣的溫度降低成為冷氣， 通過鼓風(fēng)機送入車內(nèi)， 降低車內(nèi)的空氣溫度。 汽化后的制冷劑蒸氣， 由壓縮機吸入進(jìn)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(diào)的冷凝器， 完成了汽車空調(diào)的一個制冷循環(huán)。 此循環(huán)周而復(fù)始地進(jìn)行， 就可以使車內(nèi)的溫度維持在舒適的狀態(tài)。

我們使用的是非獨立式空調(diào)， 因此， 壓縮機的旋轉(zhuǎn)軸是通過電磁離合器及皮帶與發(fā)動機曲軸相連而得到動力， 當(dāng)裝在蒸發(fā)器出風(fēng)口的傳感器感知出風(fēng)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(fā)動機運轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)制冷；而當(dāng)出風(fēng)口溫度低于設(shè)定值時， 則控制電磁離合器與發(fā)動機斷開。

3 空調(diào)電子控制系統(tǒng)

空調(diào)電子控制系統(tǒng)的主要組件： 發(fā)動機ECU、前蒸發(fā)器、后蒸發(fā)器、蒸發(fā)器溫度傳感器、空調(diào)A/C開關(guān)、 鼓風(fēng)機、 鼓風(fēng)調(diào)速電阻及開關(guān)、 三態(tài)壓力開關(guān)、 繼電器、 電子冷卻風(fēng)扇、 冷凝散熱風(fēng)扇、 空調(diào)壓縮機及電磁離合器等。 其控制原理如圖2所示。

對于發(fā)動機電控ECU系統(tǒng)， 空調(diào)工作的條件：①發(fā)動機運行， 且運行時間超過5 s； ②發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于600 r/min并低于6 200 r/min空調(diào)方可啟動； ③空調(diào)及蒸發(fā)器啟動后， 發(fā)動機目標(biāo)怠速提高150轉(zhuǎn)；④進(jìn)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(diào)壓縮機； ⑦前空調(diào)蒸發(fā)器溫度小于1.5 ℃， 切斷空調(diào)壓縮機； ⑧前空調(diào)蒸發(fā)器溫度大于3.75 ℃， 壓縮機可啟動； ⑨TPS大于90%， 發(fā)動機大負(fù)荷空調(diào)切斷， 以保證動力性。

4 空調(diào)控制面板及工作流程

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

起動汽車， 將風(fēng)門開關(guān)調(diào)到冷風(fēng)位置 （第1個旋鈕）， 接通風(fēng)量開關(guān) （中間旋鈕）， 再按下A/C開關(guān)， 給ECU發(fā)出空調(diào)請求信號， ECU檢測到滿足空調(diào)工作的條件， 向空調(diào)壓縮機繼電器輸出信號， 空調(diào)打開， 這時能聽到壓縮機電磁離合器吸合的聲音。 出風(fēng)口位置由第3個旋鈕調(diào)節(jié)， 從出風(fēng)口能感受到冷風(fēng)出來， 旋轉(zhuǎn)風(fēng)量開關(guān)可用來調(diào)節(jié)出風(fēng)量的大小， 循環(huán)方式由下面的拉桿開關(guān)調(diào)節(jié)。

當(dāng)暖風(fēng)風(fēng)量開關(guān)接通， 暖風(fēng)開關(guān)的0、 19、 22號腳接通， 鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)動， 給ECU的12號腳提供信號； 按下A/C開關(guān)， 線路中51、 22號腳接通， 如果管路中的冷媒足夠， 壓力開關(guān)接通， 給ECU的44號腳提供空調(diào)請求信號； 中壓開關(guān)給ECU的10號腳提供信號； 當(dāng)這幾個信號正常， 系統(tǒng)認(rèn)定空調(diào)系統(tǒng)具備工作條件， 這時系統(tǒng)給壓縮機繼電器發(fā)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(tǒng)中循環(huán)， 空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語

以上是對貴州航天成功汽車成功一號的空調(diào)系統(tǒng)所作的簡單介紹， 當(dāng)汽車空調(diào)系統(tǒng)工作不正常時， 可根據(jù)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(diào)用單效溴化鋰吸收式冷熱水機組的研究［D］. 蘭州： 甘肅工業(yè)大學(xué)， 2011.