学文网【摘 要】汽车空调系统是影响汽车舒适性的主要因素之一，为汽车提供取暖、制冷、除霜、空气净化和湿度调节等功能。本文介绍了汽车空调系统的组成、应用与发展现状，介绍了两种新型汽车空调系统的工作原理，并在此基础上，分析总结了汽车空调系统的发展趋势与方向。
【关键词】汽车空调系统；应用；发展
伴随我国汽车行业的快速发展，行业竞争日益激烈，为获得更多市场份额，生产出安全性、经济性、舒适性好的高性价比汽车，成为各大汽车生产商的共同目标。空调系统是影响汽车舒适性的因素之一，为汽车提供取暖、制冷、除霜、空气净化和湿度调节等功能。
伴随着汽车工业的发展，汽车空调结构不断完善。早在1925年，在美国就出现了利用冷却液加热器的方法取暖。1939年，通用汽车首先在轿车上安装机械制冷降温的空调器，成为汽车空调的先驱。1954年，通用汽车首先在纳什（Nash）轿车上安装了冷暖一体化的空调器。到了60年代，在高档车中出现了只需预先设定好温度，机器自动在设定温度范围内工作的自动空调系统。70年代后，随着电子计算机的兴起，在汽车中出现了用微机控制的空调系统，极大地提高了调节效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能，并达到最佳舒适性。80年代后，对环境问题的关注促使汽车空调技术的发展集中在制冷剂的替代上，从2000年后我国汽车空调已全部采用R134a（CH2FCF3）为制冷剂。伴随环保观念的普及以及对汽车舒适性要求的进一步提高，汽车空调系统呈现出更高效、更节能、更环保及更稳定的发展趋势。
１．环保理念下汽车空调系统制冷剂的发展
随着全球变暖趋势的日益加剧而带来的严重后果，如何限制温室气体排放越来越受到重视。R134a虽对臭氧层没有破坏，温室效应仅为R12的1/6，具有低毒、不燃烧、制冷量与R12相当等优点，但由于其温室效应指数仍然较高（约为CO2的1300倍），而且R134a不溶于矿物油，还对铜管有腐蚀性，且在大气中分解会产生一种吸湿力较强具有腐蚀性的液体三氟乙酸（C2HF3O2），可在不同地方聚集，对人体的健康有一定的危害。R134a制冷剂已被纳入“京都议定书”限制生产和使用的范畴。解决R134a温室效应问题可从两个方向入手：
1.1减少制冷剂的泄漏和排放
减少橡胶软管的使用和接头数量，改变压缩机轴封形式等方法以减少零部件的泄漏。当车辆报废维和修空调系统时对制冷剂进行回收，减少排放。
1.2新型制冷剂的采用
欧洲、美、日正在积极进行CO2汽车空调系统的研究工作，2002年底日本电装公司在20辆丰田电动乘用车上批量安装了CO2空调系统。但CO2制冷系统与目前的常规系统有很大不同，替换工作量和难度很大。目前可供选择的制冷剂还有二甲醚、三氟甲醚等。
2.汽车空调系统的组成、功用及发展
2.1制冷系统的组成及其发展
2.1.1压缩机
在定排量压缩机方面，曲轴连杆式是最早出现的空调压缩机，在轿车上已淘汰，目前仅在大客车上使用。目前轿车上应用最多的是斜盘式和摇板式两种。以上压缩机必须设置吸气、排气装置，容积效率较低，有逐渐被取消了吸气装置的旋转式压缩机替代的趋势。尤其是蜗旋式压缩机进一步取消了排气装置，因而吸排气连续、效率高、振动小、质量轻、结构简单、能耗低；在高速旋转时，气流脉动小，运转平稳，是今后汽车空调压缩机发展的主流方向。
在变排量压缩机中，若制冷负荷不变，而发动机转速增加，则压缩机活塞行程减小，降低了压缩机的排量，使制冷剂流量保持不变。这样既满足了制冷负荷的要求，同时也降低了发动机的功耗。因排量可接近零，压缩机的电磁离合器便可去掉，进一步减少重量，且压缩机不停运转，避免了惯性耗能。变排量压缩机的优点，无疑在汽车空调中会得到更为广泛的应用。
2.1.2换热器
汽车空调中的换热器包括：冷凝器和蒸发器。
汽车空调冷凝器有三种结构形式，第一种是管片式，其结构为铝翅片胀紧在铜管上；第二种为管带式，其结构为铝翅片焊接在扁平蛇形管间；第三种是平行流结构，按照制冷剂因从气态到液态而体积缩小的规律，将两条集流管间用多条扁平管相连，将几条扁平管隔成一组，将进入处管道多，逐渐减少每组管道数，进一步提高热交换率。现在，平行流式已在轿车中逐渐普及。
蒸发器同样有三种形式，前两种同样是管片式和管带式，第三种为层叠式，其结构是将两片冲成复杂形状的铝板叠在一起组成制冷剂通道，中间夹有蛇形散热铝带。层叠式经历了由双储液室向单储液室的变化，换热效率进一步提高，结构更加紧凑。
2.1.3节流机构
传统汽车上的节流机构有热力膨胀阀（CCTXV）和孔管（CCOT）两大类型，热力膨胀阀通过感温包感测蒸发器出口温度来调节膨胀阀阀口开度进而调节的制冷剂流量大小。H型膨胀阀因其安装简单、可靠性高，已逐渐取代F型膨胀阀的市场地位。孔管因只具有节流而不具备调节流量的功能，经济性较差，多用在早期的美国豪华轿车上。目前基本上采用热力膨胀阀。
电子膨胀阀采用蒸发器出口的温度或压力信号，经过ECU的分析计算，驱动执行机构对流量控制和调节。其制冷剂流量调节范围大，蒸发器出口过热度偏差小，允许系统负荷波动范围大，在可遇见的未来将成为主流的节流机构。
2.1.4储液干燥器
储液干燥器在制冷系统中起到对制冷剂干燥、过滤的作用，传统的汽车空调系统中以***的结构出现，现在很多车上将储液干燥器直接做在冷凝器侧面，将两者变成一个整体，进一步减少制冷剂泄漏的可能性。
2.2车内空气的过滤
车外的花粉进入车内会引起人们的过敏反应，灰尘和刺激性气体会使人感到不适甚至会刺激眼睛、喉咙鼻腔的粘膜组织。为了车上人员保持清醒的头脑和愉悦的心情，必须使用空气滤芯器和活性炭过滤器对空气进行过滤和净化。
空气滤芯器由合成微纤维或纸浆纤维混合制成，起到对100μm～0.01μm微粒进行过滤。活性炭过滤器由多层的多孔纺织材料或泡沫材料组成，活性炭被固定在这些孔上，将有机和无机分子吸附在活性炭的内外表面。目前，汽车上广泛采用将两者复合在一起的复合过滤器对车内空气进行过滤。
2.3相对湿度控制
人类觉得最舒适的相对湿度夏季为50%～60%，冬季为40%～50%。湿度过高，就会感觉到霉味，而且风挡玻璃容易起雾；湿度过低，就会感到口腔、嘴唇、眼睛干涩。因此，有效控制空气湿度是汽车空调系统重要功能之一。
通过调控蒸发器温度就可降低空气的相对湿度。空气的含水量随温度的下降而降低，当湿空气经过蒸发器时，空气温度下降，水蒸气析出，然后通过热交换器将空气加热，将相对湿度控制理想范围内。
3.汽车空调控制系统的发展
为使汽车空调系统正常工作，保证在某些特殊情况下能运转可靠，维持车内所需温度，汽车空调需要一套控制系统。
传统控制系统通过机械装置感知系统温度和压力，来控制电磁压力开关的通断来控制压缩机的运行。控制参数少、精度不高、灵敏度低。在原来的机械元件基础上用某些电子元器件替换提高了控制精度和反应速度，这就是电子式的空调控制系统。由于电子工业的高速发展，全自动空调控制系统应运而生，从而提高了汽车空调的综合性能。汽车空调控制将朝着网络化和功能集成化方向发展。现在的空调系统采用多传感器感测车内、车外、发动机温度、光照强度等多个信号，传输至ECU，再由ECU驱动执行器实现自动控制车内的温度、湿度、空气流速、风扇转速、鼓风机转速等，提高成员舒适性并且降低能耗。模糊控制理论在空调系统上的应用，大大提高系统的准确性和稳定性。反馈信号的设置，大大提高了因车速、光照强度、负荷波动的干扰下的温度恒定控制。目前，很多车型的自动空调装置，还将车厢分成二到四个温区，对其温度、风速进行单独控制，满足各个乘客的单独需求。
4.新型车用制冷系统举例
4.1吸附式制冷系统
该空调系统是利用特殊物质温度变化时，能吸放另一气态物质，致使系统压力变化的特性来制冷的。吸附器内充满吸附剂。当吸附器被加热时，已被吸附的吸附质获得能量，当分子克服吸附剂的吸引力时，从吸附剂表面脱出，系统内压力逐渐升高。当压力大到一定程度时，脱附出来的吸附质开始液化，进入冷凝器中进行冷凝放热。当吸附剂开始冷却，其吸附能力又逐步提高，开始吸附蒸发器过来的低压低温吸附剂蒸气，并造成系统中的真空状态，使液体制冷剂不断汽化。制冷剂在低温下汽化时，吸收车内的热量，达到制冷的目的。脱附、吸附循环便是如此周而复始地进行，完成制冷工作。而给吸附器加热的能量可直接由发动机废气或冷却液提供。目前开发出的吸附剂对主要有沸石-水、硅胶-水、活性碳-氨、活性碳-甲醇和碱土金属的氯化物-氨等。
4.2蓄冷制冷系统
当制冷负荷小于制冷量时，原汽车制冷系统就会切断电磁离合器。此时，若加装以蒸馏水或乙二醇溶液为载冷剂的蓄冷装置，将多余制冷量储存起来，以防止汽车在怠速过程中发动机过热；也可在制冷负荷大于制冷量时，启动蓄冷系统向车室内补充供冷，满足乘客的舒适性要求。
5.结语
采暖和制冷的实现都是以牺牲驱动动力为代价的。在国际环保主义潮流的推动下，汽车空调技术正朝着更节能环保的方问不断发展。对于传统的轿车而言，虽然发动机冷却液余热足够提供车内的除霜和采暖的需要，但随着汽油机和柴油机的机械效率越来越高，发动机余热会逐步减少，所以必须通过提高汽车空调系统的自身效率来降低汽车发动机的负荷。而对于如电动、混合动力、燃料电池等他新一代环保型汽车而言，其自身能量消耗远小于传统动力车辆，能够提供给空调系统的能量极其有限。鉴于此，开发更节能、高效且高可靠性的空调系统必将是未来汽车空调技术的发展方向。
【参考文献】
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