淺析汽車空調(diào)HAVC設(shè)計技巧

摘 要：隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車經(jīng)歷了無數(shù)次的升級和改進(jìn)。汽車空調(diào)是隨著汽車的發(fā)展而產(chǎn)生的裝置。伴隨科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對汽車空調(diào)的要求也越來越高，從最初單純的制冷或制熱需求，發(fā)展到今天對整個空調(diào)的舒適性的要求，如溫度、濕度、噪音、多溫區(qū)控制等。HVAC作為汽車空調(diào)的重要組成部分，是使上述功能得以實現(xiàn)的裝置。文章針對汽車空調(diào)HAVC設(shè)計技巧進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：汽車；空調(diào)；HVAC

HVAC是英文Heating Ventilating Air Conditioning的縮寫，即采暖、通風(fēng)與空調(diào)。主要功能有制冷、加熱、風(fēng)量分配控制、內(nèi)外空氣調(diào)節(jié)等。HVAC 由于有其上述功能，因此其構(gòu)成必然包含制冷部分、制熱部分、鼓風(fēng)部分、機(jī)構(gòu)控制部分、進(jìn)氣控制部分。為滿足上述的空調(diào)要求，在汽車空調(diào)HVAC 設(shè)計過程中，以下幾個方面的信息必須加以考慮和應(yīng)用。

1 設(shè)計原則

1.1 輕量化原則，這是整個汽車行業(yè)的需要?？梢越档蛙嚿碇亓?，降低油耗，減少排放。

1.2 經(jīng)濟(jì)性原則，這也是市場的需要。只有較低的成本才能在市場競爭中具有優(yōu)勢。

1.3 技術(shù)先進(jìn)原則，只有功能和技術(shù)越先進(jìn)才能越有優(yōu)勢，才能與時俱進(jìn)。

1.4 先進(jìn)的設(shè)計手段，必須要有先進(jìn)的CAD＼CAE分析手段和先進(jìn)的試驗?zāi)芰Γ拍芸s短開發(fā)的周期，占有市場的主導(dǎo)地位。

1.5 通用性，各功能部件盡量模塊化設(shè)計，一方面可以減少試驗的周期，縮短開發(fā)時間，另一方面，可以適用于多種車型。

2 設(shè)計方法

2.1 從性能的角度出發(fā)，根據(jù)汽車熱負(fù)荷的計算，確定各主要性能件的規(guī)格。主要有三個關(guān)鍵的零部件：

一是蒸發(fā)器的規(guī)格，蒸發(fā)器是HVAC的制冷單元，其最大的制冷能力將決定空調(diào)的制冷能力，決定是否能滿足汽車車內(nèi)空間的制冷要求，因此，蒸發(fā)器的設(shè)計須滿足足夠的制冷量。目前主要的主流結(jié)構(gòu)形式有管片式蒸發(fā)器、管帶式蒸發(fā)器、層疊式蒸發(fā)器、平行流式蒸發(fā)器，其中層疊式和平行流式蒸發(fā)器制冷效率最高；平行流式與層疊式相比，用料少，重量輕，目前廣泛應(yīng)用的是層疊式和平行流式，厚度規(guī)格有多種。設(shè)計時首先需要根據(jù)實際的情況選擇一種厚度結(jié)構(gòu)，根據(jù)理論計算確定蒸發(fā)器面積的大小。

其次是制熱單元的確定，目前汽車空調(diào)的制熱部件主要有暖風(fēng)芯體和電加熱PTC。由于制熱單元不僅是為車內(nèi)提供舒適的溫度，同時還必須滿足除霜除霧的要求，這是法規(guī)的強(qiáng)制要求，尤其在寒冷的北方，對制熱的要求是很高的。如果設(shè)計時制熱單元設(shè)計不合理，將影響整個HVAC設(shè)計的成敗。加熱器芯分為U型加熱器、I型加熱器、交叉型加熱器。這3種類型的加熱器在溫度特性上各有不同，U型加熱器在這三款加熱器中加熱均勻性是最差的，不利于雙區(qū)HVAC的應(yīng)用；I型加熱器加熱均勻性同樣也不理想，但加熱器兩邊的溫差還是比較均勻的，在HVAC中其安放位置要特別注意，不適合做3區(qū)空調(diào)用；交叉型加熱器芯具有最好的溫度均勻性，幾乎可以用于任何形式的HVAC。

還有一個重要的元件是鼓風(fēng)電機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)帶動空氣的流動，使其進(jìn)行熱量的轉(zhuǎn)換，同時為乘客帶來舒適的感受。必須根據(jù)理論的計算確定整個HVAC所需要的風(fēng)量大小，結(jié)合行業(yè)實際的水平選擇相應(yīng)規(guī)格的電機(jī)。

以上性能件的選擇有兩個因素是必須考慮的，一是結(jié)合公司或行業(yè)的實際，要盡量選擇行業(yè)或公司現(xiàn)有的成熟平臺；二是要考慮經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計時考慮滿足技術(shù)要求即可，不能只關(guān)注性能而增加更多的成本，這樣實際上也是一種資源的浪費(fèi)。

2.2 從空調(diào)的功能實現(xiàn)角度出發(fā)，須考慮各功能實現(xiàn)的影響因素，盡量滿足利于功能實現(xiàn)的條件：

2.2.1 噪音要求，噪音是空調(diào)舒適性要求最直接的一項指標(biāo)。其產(chǎn)生的來源主要是鼓風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)動引起空氣的流動。其構(gòu)成主要有氣流聲、HVAC外殼產(chǎn)生的共振、其他零部件的振動、運(yùn)轉(zhuǎn)部件間的摩擦聲等。一個HVAC的結(jié)構(gòu)直接對其產(chǎn)生的噪音的大小等級產(chǎn)生影響，隨著汽車市場不斷的發(fā)展，客戶對噪音的要求越來越高，目前HVAC在整車上的噪音控制在62分貝到66分貝之間。為使噪音盡可能小，設(shè)計時有以下幾個方面必須考慮：

渦殼的結(jié)構(gòu)，由于汽車空調(diào)的進(jìn)風(fēng)基本上都是離心式的葉輪，其外殼都有一個渦殼結(jié)構(gòu)，使其風(fēng)朝著需要的方向發(fā)散。

（1）葉輪與導(dǎo)風(fēng)殼體的截面距離以及導(dǎo)風(fēng)殼體倒角R大小。如果距離太小可能會產(chǎn)生噪音，會太大降低鼓風(fēng)機(jī)的能力，如果R太小則增大空氣壓降，如果太大則風(fēng)量減小，風(fēng)阻增大。R合適的大小為風(fēng)葉輪外徑的1/10，L合適的大小為風(fēng)葉輪外徑的1/10。

（2）葉輪和導(dǎo)風(fēng)殼體間的距離，如果其中距離太小，葉輪和殼體就有碰撞的風(fēng)險，電機(jī)將堵轉(zhuǎn)，將引起非常嚴(yán)重的后果，如果距離太大將降低鼓風(fēng)機(jī)的能力。最合適大小為3mm。

（3）電機(jī)與安裝座的設(shè)計。首先支座要有足夠的強(qiáng)度，在支座外殼適當(dāng)位置增加加強(qiáng)筋。另外，電機(jī)與支座的安裝需要有減振的元件過渡。不然會產(chǎn)生異響。

進(jìn)風(fēng)口的布置，盡量布置在發(fā)動機(jī)倉；空氣流動方向與換熱器的角度不宜過?。粦?yīng)選擇靜音好的電機(jī)。

2.2.2 蒸發(fā)器的安裝位置要求由于蒸發(fā)器在制冷的過程中會在蒸發(fā)器表面形成冷凝水，冷凝水的排出是必須要考慮的一個問題。如果排水不好，空調(diào)的風(fēng)阻增大，其嚴(yán)重后果是蒸發(fā)器在工作的過程中可能會結(jié)冰，導(dǎo)致空調(diào)失效。因此設(shè)計時要考慮：

（1）蒸發(fā)器必須傾斜放置，利于冷凝水的排除。

（2）蒸發(fā)器前面必須有一個擋水的擋板，擋板的高度和距離必須要考慮，以保證水不被飛濺出來。

（3）蒸發(fā)的翅片的密度也是一個考慮因素，過稀的翅片將加大風(fēng)速，導(dǎo)致冷凝水被帶出距離增大，有濺出的風(fēng)險。

（4）冷凝水排出的結(jié)構(gòu)，排水槽的形狀要有一定的傾斜角度，這樣冷凝水才能順利的排出HVAC，同時處于HVAC的最低位置。一般有兩種類型排水槽，一種只有一邊有傾斜角度，一種是兩邊都有傾斜角度。

2.2.3 暖風(fēng)芯體的位置這里主要針對以暖風(fēng)芯體為加熱裝置的空調(diào)。由于暖風(fēng)芯體中有發(fā)動機(jī)防凍液的流動，如果里面有氣體，將產(chǎn)生嘩嘩的流水聲影響舒適性。因此設(shè)計時必須考慮，應(yīng)盡量使暖風(fēng)芯體的位置低于發(fā)動機(jī)散熱器的液面最高位置，同時暖風(fēng)芯體的進(jìn)出口管口應(yīng)盡量高過暖風(fēng)芯體的芯體部分。

2.2.4 過濾器的設(shè)計要求，由于人們對空氣質(zhì)量的要求越來越高。因此設(shè)計時必須考慮空氣濾清器的位置，一般空氣濾清器布置在在HVAC的上游，在汽車的進(jìn)氣口。

2.3 從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)HVAC的殼體壁厚的一般要求在1.8-2.5mm之間。殼體的扣合需要考慮其密封性，不能有冷凝水或空氣從合縫處漏出。設(shè)計是扣合處設(shè)計下半為槽，上半為舌。同時在適當(dāng)位置增加定位結(jié)構(gòu)，保證殼體扣合良好。

對于運(yùn)動部件，要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度合理。運(yùn)動軌跡設(shè)計是要考慮各段軌跡的加速度，盡量保證運(yùn)動件平穩(wěn)，不出現(xiàn)急加速或急減速的情況。由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動在來回時所受力不一致，軌跡設(shè)計時須盡量考慮來回有一定的補(bǔ)償量，保證風(fēng)門的準(zhǔn)確位置。

對于風(fēng)道設(shè)計，要盡量保持風(fēng)道順暢。避免出現(xiàn)風(fēng)的流動出現(xiàn)漩渦的現(xiàn)象，減少過多的突出部位。

參考文獻(xiàn)

[1]陳孟湘.汽車空調(diào)-原理、結(jié)構(gòu)、安裝與維修（新世紀(jì)版），1997.