汽車空調(diào)技術發(fā)展趨勢研究

覃京翎

摘要：現(xiàn)如今，汽車行業(yè)的飛速發(fā)展已經(jīng)將汽車的空調(diào)市場需求充分帶動起來，使得企業(yè)空調(diào)的市場需求獲得了大幅度增長。但由于國家的節(jié)能減排及消費升級的政策正在逐漸縮緊，因此汽車空調(diào)技術也需隨之進行完善與改進。如今的汽車空調(diào)也不再僅僅是用于制暖制冷，其不僅開始逐漸涉及到車內(nèi)空氣質(zhì)量以及節(jié)能環(huán)保等需求，同時還需能夠與消費者的個性化需求相匹配。隨著我國新能源車的逐步成熟，汽車空調(diào)也會影響到其續(xù)航里程以及電量等?；诋斀裥碌陌l(fā)展形勢下，我國汽車空調(diào)務必要進行新的變革與升級。

關鍵詞：發(fā)展趨勢;空調(diào)技術;汽車;節(jié)能減排

Abstract： Nowadays， the rapid development of the automobile industry has fully driven the market demand of automobile air conditioning， which makes the market demand of enterprise air conditioning increase by a large margin. However， due to the national policy of energy conservation and emission reduction and consumption upgrading is gradually tightening， the automotive air conditioning technology also needs to be improved. Today's car air conditioning is no longer only used for heating and cooling， it not only gradually involves the car air quality and energy conservation and environmental protection requirements， but also needs to be able to match the personalized needs of consumers. With the gradual maturity of China's new energy vehicles， automotive air conditioning will also affect its mileage and power. Based on today's new development situation， it is necessary for China's automobile air conditioning to carry out new reform and upgrading.

Key words： development trend;air conditioning technology;automobile;energy saving and emission reduction

0? 引言

汽車空調(diào)系統(tǒng)主要功能就是負責合理調(diào)控車內(nèi)的溫濕度變化及通風情況，以保證車內(nèi)空氣流通，達到凈化空氣的目的。這些年隨著人民群眾生活水平的日漸提高，進而對汽車在舒適度方面提出了更高層次的需求，汽車空調(diào)系統(tǒng)給人們帶來舒適度方面的體驗已悄然間成為劃分汽車檔次高低的關鍵指標之一。作為全車主要耗電部件，同時充分結合當前能源極度緊張的社會背景，需有效的使空調(diào)系統(tǒng)的能耗有所降低，同時還需使工作效率有所提升。不僅如此，隨著我國對環(huán)保意識愈發(fā)重視，作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的制造商，務必確保在成產(chǎn)過程中所選擇的材料及所使用的工藝更具環(huán)保性。本文就汽車空調(diào)技術未來的發(fā)展趨勢進行相應的展望。

1? 制冷劑的主要發(fā)展走勢

根據(jù)目前歐盟已經(jīng)通過的就含氟溫室氣體的相關控制規(guī)定可以看出，在2017年1月1日之后，歐盟將全面禁止全球變暖潛值（GWP值）超過150的制冷劑用于新生產(chǎn)的汽車空調(diào)所用，由于目前所使用的HFC134a的全球變暖潛值約為1300，已嚴重超標，所以根據(jù)規(guī)定將被禁止使用。結合美國EPA的相關統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，汽車空調(diào)所導致的溫室氣體總體排放大約占全世界溫室氣體排放總量的0.1%[1]。

就制冷劑的選擇來看，總體應遵循符合相關法規(guī)的需求，不僅需要符合環(huán)保的需求，還需遵循安全穩(wěn)定、控制成本的原則。制冷劑相對理想的狀態(tài)應是ODP保持為0，GWP保持為0，化學及物理相關性質(zhì)屬性較為穩(wěn)定，無可燃性、無毒性，熱力學屬性較為優(yōu)越，原材料成本較為低廉且來源豐富廣泛。

2? 壓縮機的主要發(fā)展走勢

目前對于壓縮機的設計主要是考慮將減少機器本身體積及質(zhì)量、控制噪音的產(chǎn)生以及增強震動的穩(wěn)固性為主要發(fā)展方向?，F(xiàn)階段外國壓縮機還以旋葉方式、斜盤方式以及渦漩方式為主力發(fā)展方式，為了有效控制因為頻繁閉合離合器而產(chǎn)出的噪音問題，以便使控制效果達到最佳，因此使變排量外部控制式壓縮機逐漸成為全球范圍內(nèi)車用空調(diào)壓縮機最為主要的發(fā)展趨勢，因為其具有結構緊密、質(zhì)量較輕及節(jié)省能耗的優(yōu)勢，能耗可至少減少30%。除此之外，隨著國際上對于環(huán)保觀念的愈發(fā)重視及關注，使電動壓縮機向更高層次的發(fā)展又近了一步，其能夠做到充分滿足并應對混合動力燃料電池車對于車用空調(diào)的實際需求。因為今后的制冷劑有可能會選擇應用CO2，考慮到目前的壓縮機還不能完全符合系統(tǒng)的實際需求，所以還需加大以CO2為制冷劑的相關壓縮機的研發(fā)工作。

3? 冷凝器的主要發(fā)展走勢

綜合來看，冷凝器主要經(jīng)歷了管片式、管代式以及平行流式這三個階段。目前，我國冷凝器主要是以平行流式為主，其通過該結構能夠對系統(tǒng)的整體性能進行大幅度提升。其主流設計是將冷凝器和儲液干燥瓶集成于一體，目的就是為了能夠將空調(diào)管路進行有效減少，進而將制冷劑的泄露情況進行降低。

4? HVAC的主要發(fā)展走勢

4.1 結構的主要發(fā)展走勢

供熱通風空調(diào)系統(tǒng)的技術結構演變呈現(xiàn)出逐步一體化的趨勢，由以往的三箱和兩箱逐步變化為目前市場上常見的一箱結構。一箱結構優(yōu)、劣明顯，其主要優(yōu)勢是由于整體的統(tǒng)一性而降低了制造成本和安裝時間，同時一箱的不分割特點也讓其中換熱器芯體的位置有了更多的選擇性，密閉性也相對提升。而其不足則是在于一箱的結構使得整體管道橫截面的設計難度和精細度相應增加，安裝完成后后期維修和更換芯體也比較困難[2]。

4.2 蒸發(fā)器的演變進化趨勢

“高精微”的演變趨勢也在蒸發(fā)器技術的進化中得到了體現(xiàn)，微通道結構、輕量材料和能效的進階等設計使得蒸發(fā)器的體積減少了近五分之二的同時，效率卻得到了提高[3]。

4.3 過濾器的發(fā)展趨勢

過濾器的主要作用就是優(yōu)化汽車內(nèi)部環(huán)境，減少公路或其他外部環(huán)境中的粉塵等污染物進入汽車內(nèi)循環(huán)的可能，保護駕駛員與乘車人的身體健康。

過濾器的發(fā)展可以分為三個階段：①微粒過濾階段：這一階段的過濾器內(nèi)部組成成分主要是合成纖維或其與浸漬紙漿的組合物質(zhì)，微粒過濾器屬于初步過濾，其過濾分子直徑在0.1-100微米左右。②活性炭過濾階段：活性炭過濾是在微粒過濾基礎上發(fā)展的第二階段，這一部分的過濾器其主要作用是在微粒過濾的基礎上，凈化、吸附空氣中的SO2和NO氣體。③混合過濾階段：混合過濾是指將微粒與活性炭組合進而演變?yōu)樾率竭^濾的一種方式。復合過濾器相較于第一階段的微粒和第二階段的活性炭來說，綜合并提升了兩階段的獨立優(yōu)勢，降低了過濾風量的要求，并強化了過濾性能。目前市面上使用的復合過濾器主要分為連體結構和組合結構兩種，連體結構需整機更換，而組合結構則可以根據(jù)使用情況獨立拆裝[4]。

4.4 通風系統(tǒng)和空氣凈化設備的發(fā)展趨勢

以自動內(nèi)循環(huán)為例，主要由環(huán)境傳感器操控，空氣中一些有毒氣體如：一氧化碳、二氧化碳等被傳感器檢測到，會自動啟動內(nèi)循環(huán)模式，使乘員艙與外界有毒氣體隔離。就目前普通的空調(diào)系統(tǒng)而言，在冬季使用時，為了能夠不讓風窗結霧，空調(diào)通常會使用外循環(huán)模式，也就是將外界的新鮮空氣導入車內(nèi)，同時會將熱空氣輸出車外，會導致室內(nèi)損失熱量溫度降低，由于這個原因，新概念兩層式空調(diào)系統(tǒng)也被提了出來[5]。該概念通常指將空調(diào)系統(tǒng)分為上下兩層，在冬天使用時，上層加熱的新鮮空氣導向風窗除霧，然后直接從上部排出車外，而下部的暖風利用內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，將暖風在室內(nèi)下部流動，以達到減少由于換氣而損失熱量的目的。

4.5 采暖系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

通常發(fā)動機冷卻水產(chǎn)生的廢熱是汽車暖氣的熱源，目前發(fā)動機的運行效率越來越高，使得廢熱越來越少，導致暖氣的熱源供暖不足，針對這一問題，部分公司利用補充采暖進行供暖。

①發(fā)動機停轉時，設置電動水泵予以輔助，利用水泵把發(fā)動機里的熱水輸送到暖風芯子[6]。②燃料電池車或者電動車，可以采用節(jié)能且效率的熱泵式空調(diào)系統(tǒng)。③使用摩擦產(chǎn)生熱量進行取暖，利用粘性加熱器，通過發(fā)動機轉軸旋轉，圓盤與發(fā)動機油摩擦產(chǎn)生熱量，再將熱機油輸入熱交換器，達到輔助采暖的功效[7]。④使用獨立燃油加熱器，利用燃油燃燒使發(fā)動機內(nèi)的防凍液溫度升高，以達到采暖效果。

5? 節(jié)流機構的發(fā)展趨勢

熱力膨脹閥在目前的節(jié)流機構中應用相對廣泛，但熱力膨脹閥又存在一定的缺陷，如調(diào)節(jié)范圍小、控制穩(wěn)定性差、偏離設計值，控精度差等，隨著節(jié)流機構的更新發(fā)展，通過微電腦進行空調(diào)系統(tǒng)控制開始被普及，在以后的主流節(jié)流機構中電子膨脹閥會占有一席之地。

6? 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

一般的汽車空調(diào)會采用傳統(tǒng)的控制技術來實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的控制，如保險絲、壓力開關、真空怠速器、繼電器以及溫控開關等，其控制精度相對較低，有些參數(shù)甚至無法控制。在控制理論、微控技術以及傳感器技術的發(fā)展壯大下，較為高檔的汽車已經(jīng)逐漸配備微電腦控制系統(tǒng)，使得舒適性大大提高，操作也變得簡單，令乘員艙自動控制得以真正的實現(xiàn)。

7? 其它系統(tǒng)得發(fā)展趨勢

7.1 開發(fā)工具與手段

知名企業(yè)德爾福開發(fā)的VTEC領先多數(shù)汽車空調(diào)設計公司，該公司于1996年開始對于這一技術進行研發(fā)，期間加入了仿真人體模型、CFD分析整車運行情況，來計算人體舒適度[8]。該技術使得空調(diào)開發(fā)進度縮短，并節(jié)省了設計成本。VTEC舒適模型將600多個主觀評價的樣本收入其中，同時進行分析空調(diào)行駛與制暖行駛人體不同部位的舒適數(shù)據(jù)以及整體的舒適數(shù)據(jù)等。

7.2 環(huán)保節(jié)能技術

通常實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的技術包括：變排量壓縮機技術、負壓管路換熱技術以及針對新能源汽車使用的熱泵技術等。

8? 總結

目前國外汽車空調(diào)的發(fā)展路線以自動化、環(huán)保、節(jié)能以及舒適化為方向，而在國內(nèi)這一技術還存在著差距，由于空調(diào)發(fā)展水平較國外偏低，因此國內(nèi)汽車的相關行業(yè)更需要對先進技術進行積極探索，同時進行獨立設計，對設計開發(fā)以及生產(chǎn)銷售汽車空調(diào)的企業(yè)進行科學的系統(tǒng)管理，使汽車空調(diào)設計的能力提升，以促進汽車空調(diào)技術的發(fā)展。國內(nèi)汽車空調(diào)在發(fā)展的同時還需要注意幾個方面，如零部件的節(jié)能性、空調(diào)系統(tǒng)零部件可選用再生循環(huán)材料進行制造、選用無鉻蒸發(fā)器、選用易維修與安裝的零件，選用低泄漏軟管、清洗暖風與冷凝芯子選用非硫酸物質(zhì)等，建立完善的管理系統(tǒng)，將冷凝器以及蒸發(fā)器數(shù)據(jù)收集起來，建立自己的芯體數(shù)據(jù)庫，將產(chǎn)品標準化、系列化，使開發(fā)周期縮短，開發(fā)成本降低，精細化程度變高，以便提高其競爭力。

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