汽车空调电气系统与制冷系统的设计与实现毕业论文.docx
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汽车空调电气系统与制冷系统的设计与实现毕业论文
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学生姓名:
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设计(论文)题目:
汽车空调电气系统与制冷系统的设计与实现
指导教师:
摘要……………………………………………………………………..…………….3
Abstract………………………………………………………………..………….….4
第一章绪论…………………………………………………………..…………….5
第二章汽车空调系统控制电路的主要内容…………………………..……….…6
2.1压缩机电磁离合器控制电路
2.2发动机转速与温度控制电路(即空调放大器)
2.2.1发动机转速控制电路
2.2.2温度控制电路
2.3鼓风机控制电路
2.3.1由风机开关和调速电阻联合控制
2.3.2电控模块通过大功率晶体管控制
2.3.3晶体管与调速电阻组合型
2.4冷凝器散热风扇控制电路
2.4.1空调开关直接控制
2.4.2空调开关和水温开关联合控制
2.4.3制冷剂压力开关与水温开关组合控制
第三章汽车空调系统控制电路对整车性能的影响及其工作原理……………12
3.1汽车空调控制电路对整车性能的影响
3.2汽车空调控制电路的工作原理
第四章汽车空调制冷系统的发展…………………………………………14
第五章汽车空调制冷系统的特点………………..………………………14
第六章汽车空调制冷剂和润滑油…………………………………………14
第七章压缩机………………………………………………………………17
第八章汽车空调制冷系统原理……………………………………………30
结束语……………………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………………………35
致谢……………………………………………………………………………36
摘要
汽车工业在我国面临着高速稳定发展时期,汽车技术的更新围绕安全性、舒适性和节能环保方面发展。
汽车空调作为汽车舒适性的重要部件,在目前对汽车燃油经济性要求特别苛刻的条件下,对于非独立式空调系统其控制电路是系统工作的关键。
本文通过对汽车空调电气系统与制冷系统的研究和汽车空调系统控制电路中压缩机电磁离合器控制电路、发动机转速与温度控制电路,说明了汽车空调系统控制电路是如何保证汽车空调系统正常工作和骑车的各种工况都能不受空调的影响。
另外汽车空调的安装比家用空调难度大要求高,所以需要设计出新的汽车空调制冷系统。
关键词:
汽车,空调,控制,电路,汽车空调,制冷系统,组成原理
Discussiononautomobileairconditioningsystemcontrolcircuit
Abstract
Theautomobileindustryinourcountryarefacedwithhigh-speedandstabledevelopmentperiod,automotivetechnologyupdatesonsafety,comfortandenergysavingandenvironmentalprotectiondevelopment.Automobileairconditionerforautomobilecomfortimportantcomponent,inthecurrentonautomobilefueleconomyrequirementsareespeciallydemandingconditions,foranindependentairconditionersystemanditscontrolsystemcircuitisthekey.Thisarticlethroughtotheautomobileairconditioningsystemtheprincipleofthecontrolcircuitofautomotiveairconditioningsystemandcontrolcircuitofthecompressorelectromagneticclutchcontrolcircuit,theenginespeedandthetemperaturecontrolcircuit(i.e.conditioningamplifier),acontrolcircuitandacondensercoolingfancontrolcircuitfailureinvestigation,theautomotiveairconditioningsystemcontrolcircuitishowtoensurethenormalautomotiveairconditioningsystemworkandrideundervariousworkingconditionscannotsuffertheeffectofconditioning,additionallytheinstallationofairconditioningthanhouseholdair-conditionerdifficultrequirehigh,soweneedtodesignanewautomobileair-conditioningandrefrigerationsystem.
KeyWords:
Automobile,airconditioning,control,circuit
AutomotiveairconditioningTherefrigerationsystemCompositionprinciple
第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
汽车工业在我国面临着高速稳定发展时期,汽车技术的更新围绕安全性、舒适性和节能环保方面发展。
汽车空调作为汽车舒适性的重要部件,其控制电路是系统工作的关键。
其能保证汽车空调系统的正常工作,维持车内所需温度;而对于非独立式空调系统,汽车发动机配置功率的大小,是以满足汽车整体性能,特别是汽车的动力性和经济性为原则,所以,能额外供给空调系统的动力是不多的。
在目前对汽车燃油经济性要求特别苛刻的条件下,一般不会为空调系统特意留出更多的动力。
所以,汽车安装空调系统后,对汽车的工况会产生许多不利的影响。
为消除这些不利的影响,充分发挥非独立式空调系统的优点,必须根据汽车在不同工况下对动力要求的情况,分别对空调系统的动作进行控制,保证汽车的各种工况都能不受空调的影响。
第二章汽车空调电气系统主要内容
2.1压缩机电磁离合器控制电路
压缩机的控制方式根据控制开关的位置分为两种:
控制电源和控制搭铁型。
电源控制的方式是有开关直接控制电源,当开关闭合时,瞬间产生的大电流流经开关至执行器构成的回路,长期工作后容易造成触点烧坏。
所以,现在大多数轿车均不采用这种控制方式。
而搭铁控制方式是由开关控制继电器线圈的回路,这种控制方法的优点是以小电流信号控制大电流通断,从而有效防止触点烧坏,在点火开关置于点火位置、风凉开关开启、空调放大器继电器吸合、压力开关闭合的情况下,压缩机才能工作,其电路为:
蓄电池→保险丝2→空调继电器→空调放大器继电器→压力开关→电磁离合器→搭铁。
。
(a)控制电源型
(b)控制搭铁型
2.2发动机转速与温度控制电路
随着电子技术的发展,电子元件集成化程度越来越高,使电子装置体积不断缩小,功能不断扩展及高度智能化。
汽车空调控制器在发展过程中也一样,从无到有,从简单到复杂,从低级到高级,从功能单一到多功能,本节主要讲解具有发动机转速控制和温度控制的放大器。
2.2.1发动机转速控制电路
为了避免发动机低速时接入空调后引起的发动机熄火或发动机过热现象,一般空调系统都设有发动机转速控制电路。
其工作原理是:
发动机转速检测电路将点火线圈传来的点火脉冲信号转变成一个连续变化的电压信号,且发动机转速越低,该电压就越高。
当发动机转速低于规定值(如800r/min)时,该电压(即T1的基极电位)便上升到使T1导通,T1导通后,T3截止,空调放大器继电器磁化线圈断电,其触点断开,电磁离合器断电,压缩机便停止工作。
当发动机转速上升到高于规定值时转速检测电压又下降到使T1截止,T3便导通(假设此时T2亦截止),空调放大器继电器磁代线圈通电,其触点吸合,电磁离合器通电,压缩机又开始工作。
2.2.2温度控制电路
空调系统工作时,当蒸发器表面温度下降到一定值时,其表面就会结霜或结冰,这将影响蒸发器的热交换效率,造成制冷能力下降,因此设有温度控制电路。
温度控制电路的
传感器是一个具有负温度系数的热敏电阻,它安装在蒸发器出口处,检测蒸发器出风口的冷气温度。
其工作原理为:
蒸发器出口冷气温度越低,热敏电阻的阻值就越大,输入到温度电路后,产生的转换电压就越高。
当蒸发器出口结霜或结冰时,温度转换电压便升高到使T2导通,于是T3截止,空调放大器继电器磁化线圈断电,其触点断开,电磁离合器断电,压缩机停转。
当蒸发器表面温度又回升后,温度转换电压又下降到使T2截止,T3又导通(假设此时T1亦截止),空调继电器磁化线圈又通电,其触点吸合电磁离合器通电,压缩机又开始工作。
空调放大器原理图
2.3鼓风机控制电路
汽车空调系统的蒸发器采用直接蒸发式的结构,这种结构由换热器和鼓风机组成。
鼓风机将车内的空气吸出,强制气流流过蒸发器空气侧,气流则将蒸发器制冷器侧液态制冷剂蒸发时产生的冷量带入车内。
蒸发器转速器的作用是调节蒸发器供风量的大小、扳动风机开关位置,可以调节鼓风机转速,从而调节供风量的大小。
2.3.1由风机开关和调速电阻联合控制
风机的控制档位一般有二、三、四、五速4种,最常见的是四速。
通过改变风机开关与调速电阻的接通方式可令风机以不同转速工作。
风机开关处于I位置时,至电动机的电流需经3个电阻,风机低速运行;风机开关调至II位置时,至电动机的电流须经过2个电阻,风机按中低速运行;开关拨至III位置时,至电动机的电流只经过一个电阻,风机按中高速运行;开关选定位置IV时,电路中不串联任何电阻,加至电动机的是电源电压,鼓风机以最高速运行。
风机调速控制电路
2.3.2电控模块通过大功率晶体管控制
现代中高档轿车为实现风速的自动调节,风机的转速一般由电控模板通过大功率晶体管控制。
功率组件控制风机德运行,它把来自程序机构的风机驱动信号放大,放大器的输出信号根据车内情况,按照指令提供不同的风机转速。
如果车内温度比所选定的温度高很多,在空调工作状态下,风机将高速运行;而当车内温度降低时,风机速度又降为低速。
相反,如果车内温度比所选定的温度低得多,在加热状态下,风机将被启动为高速,当车内温度上升后,风机速度降为低速。
用大功率晶体管控制风机电路
2.3.3晶体管与调速电阻器组合型
鼓风机控制开关有自动挡和不同转速的人工选择模式。
当鼓风机转速控制开关设定在自动档时,鼓风机的转速由空调电脑根据车内、车外温度及其他传感器的参数控制。
若按人工选择模式式开关,则空调电路取消自动控制功能,执行人工设定功能。
晶体管与调速变速器组合型
2.4冷凝器散热风扇控制电路
汽车空调系统的冷凝器将车内的热量排向大气,其结构也是由换热器和风机组成。
对于一般的小型客车和大中型客车,由于车辆底盘结构跟轿车有很大的不同,其冷凝器一般不装在水箱前,故冷凝器冷却风扇须单独设置,一般只受空调开启信号控制。
轿车空调的冷凝器一般都装在水箱前,为了减少风扇的配置,使结构简化,轿车在设计上一般都将水箱冷却风扇和冷凝器冷却风扇组装在一起,利用一个或两个风扇对水箱和冷凝器进行散热。
车型不同,则配置风扇的数量不同,控制线路设计方面差异也很大,但其控制方式大同小异,一般根据水温信号和空调信号共同控制,同时满足水箱散热和冷凝器散热需要。
下面就一些较典型的冷凝器散热风扇电路进行分析。
2.4.1空调开关直接控制
这种控制电路比较简单,A/C开关打至ON的位置,在供电给压缩机电磁离合器的同时,加电源至冷凝器风扇继电器线圈,继电器触点开关闭合,冷凝器冷却风扇高速运转。
空调开关直接控制的冷凝器冷却风扇电路
1--冷凝器风扇;2--冷凝器风扇继电器;3—电磁离合器;4—恒温器;5—接至A/C开关
2.4.2空调开关和水温开关联合控制
有些汽车的发动机冷却系统和冷凝器共用一个风扇进行散热。
这种风扇有两种转速,即低速和高速。
风扇电动机转速的改变是通过改变线路中电阻值的方法实现的。
当空调开关开启时,常速风扇继电器通电工作。
由于线路中串联了一个电阻,风扇低速运转。
当冷却系统水温达到89~92°C时,水箱风扇也是低速运转;一旦发动机水温升至97~101°C时,水箱风扇高速运转,以加强散热效果。
空调开关和水温开关联合控制型
2.4.3制冷剂压力开关与水温开关组合控制
目前很多轿车采用制冷剂压力开关和水温开关组合的方式对冷却风扇进行控制。
如图为丰田LS400冷却风扇控制系统电路图,从图中可看出,起控制作用的是水温开关和高压开关,水温开关和高压开关处于不同状态,则控制继电器形成不同组合,从而控制两个并排的风扇不运转、低速运转或高速运转。
LS400冷却风扇控制系统电路图
第三章汽车空调系统控制电路对整车性能的影响及其工作原理
3.1汽车空调控制电路对整车性能的影响一般汽车空调分为独立空调系统和非独立空调系统两种:
独立空调系统:
就是除了有给汽车提供动力的发动机之外,还有一个小的发动机,单独为空调系统提供动力。
像大巴车这样对空调系统效果要求比较高的车,采用的大多是独立空调系统。
但是,此类系统制造以及维修成本较高,并且燃油消耗比较大。
非独立空调系统:
就是直接利用发动机来驱动空调系统,空调的压缩机需要通过发动机经皮带来传输动力。
我们常见的轿车以及SUV车型都是采用非独立空调系统。
这一系统的优点是结构简单,方便维修,噪音较小,缺点是会消耗总发动机约15%的动力。
在目前对汽车燃油经济性要求特别苛刻的条件下,一般不会为空调系统特意留出更多的动力。
所以,汽车安装空调系统后,对汽车的工况会产生许多不利的影响。
为消除这些不利的影响,充分发挥非独立式空调系统的优点,必须根据汽车在不同工况下对动力要求的情况,分别对空调系统的动作进行控制,保证汽车的各种工况都能不受空调的影响,以提高整车性能。
3.2汽车空调控制电路的工作原理
。
汽车空调控制电路主要分为压缩机电磁离合器控制电路、发动机转速与温度控制电路(即空调放大器)、鼓风机控制电路等,通过对这些基本电路的控制保证汽车的各种工况都能不受空调的影响,以提高整车性能的目的。
电磁离合器控制电路:
在点火开关置于点火位置、风量开关开启、空调放大器继电器吸合、压力开关闭合(若电磁离合器控制电路还串有其他控制开关,也应闭合)的情况下,压缩机才能工作,其电路为:
蓄电池→保险丝2→空调继电器→空调放大器继电器→压力开关→电磁离合器→搭铁。
发动机转速控制电路:
为了避免发动机低速时接入空调后引起的发动机熄火或发动机过热现象,一般空调系统都设有发动机转速控制电路。
其工作原理是:
发动机转速检测电路将点火线圈传来的点火脉冲信号转变成一个连续变化的电压信号,且发动机转速越低,该电压就越高。
当发动机转速低于规定值(如800r/min)时,该电压(即T1的基极电位)便上升到使T1导通,T1导通后,T3截止,空调放大器继电器磁化线圈断电,其触点断开,电磁离合器断电,压缩机便停止工作。
当发动机转速上升到高于规定值时转速检测电压又下降到使T1截止,T3便导通(假设此时T2亦截止),空调放大器继电器磁代线圈通电,其触点吸合,电磁离合器通电,压缩机又开始工作。
温度控制电路:
空调系统工作时,当蒸发器表面温度下降到一定值时,其表面就会结霜或结冰,这将影响蒸发器的热交换效率,造成制冷能力下降,因此设有温度控制电路。
温度控制电路的传感器是一个具有负温度系数的热敏电阻,它安装在蒸发器出口处,检测蒸发器出风口的冷气温度。
其工作原理为:
蒸发器出口冷气温度越低,热敏电阻的阻值就越大,输入到温度电路后,产生的转换电压就越高。
当蒸发器出口结霜或结冰时,温度转换电压便升高到使T2导通,于是T3截止,空调放大器继电器磁化线圈断电,其触点断开,电磁离合器断电,压缩机停转。
当蒸发器表面温度又回升后,温度转换电压又下降到使T2截止,T3又导通(假设此时T1亦截止),空调继电器磁化线圈又通电,其触点吸合电磁离合器通电,压缩机又开始工作。
鼓风机控制电路:
鼓风机的控制档位一般有二、三、四、五速4种,最常见的是四速。
通过改变风机开关与调速电阻的接通方式可令风机以不同转速工作。
风机开关处于I位置时,至电动机的电流需经3个电阻,风机低速运行;风机开关调至II位置时,至电动机的电流须经过2个电阻,风机按中低速运行;开关拨至III位置时,至电动机的电流只经过一个电阻,风机按中高速运行;开关选定位置IV时,电路中不串联任何电阻,加至电动机的是电源电压,鼓风机以最高速运行。
第四章汽车空调制冷系统的发展
汽车空调制冷系统是1939年由美国通用汽车公司帕克公司首先在轿车上安装又机械制冷的空调器。
这项技术由于二次世界大战而停止了发展。
战后的美国经济迅速发展,特别是因1950年美国石油产地的炎热天气,急需大量的冷气车,而使单一降温的空调汽车得以迅速发展起来。
欧洲、日本到1957年才加装这种单一冷气轿车。
单一降温的方法目前仍在热带、亚热带地区使用【1】。
第五章汽车空调制冷系统特点
(1)空调装置运行时振动较大,汽车空调装置是移动式车载空调装置,由于道路不平,汽车在行驶中颠簸振动大,所以装置中连接管道应采用挠性制冷剂管道。
(2)冷凝器紧靠着发动机的散热器,所以它的冷凝温度往往是低高的,所以其运行工况比其它空调装置恶劣。
(3)汽车空调系统的压缩机是直接由发动机驱动的,它是通过一个皮带驱动机构来实现的。
当压缩机不工作时,压缩机可以与发动机脱开,它是通过一个电子离合器来实现的。
空调系统停止工作时,应经常检查皮带的松紧,以确定离合器动作是否正确,有时离合器因轴承的损坏而影响压缩机的轴封,造成压缩机轴封处制冷剂泄漏。
所以要检查离合器轴承损坏的早期迹象【2】。
第六章汽车空调制冷剂和润滑油
6.1制冷剂
制冷系统中各个部件中的功能都是通过制冷剂工质的流动和状态变化来实
现的。
汽车空调制冷系统中目前都是采用蒸汽压缩式制冷方式。
由于汽车空调
的冷却条件比固定式制冷系统差,所以为了防止冷凝压力过高,应使用饱和蒸
汽压力相对较低的制冷剂。
在以前生产的汽车空调中大都是用R12,但随着发现CFC类物质对大气臭氧层的破坏作用,根据《关于消耗臭氧层物质的蒙特利
尔仪定书》,CFC类物质在2000年前已完全禁用。
因此目前生产的汽车空调中
采用的大都是R134a工质。
用R134a替代R12后,制冷系统在许多地方需要改进。
两者相比R134a的
传热性能比R12高30%左右,但流动阻力较大;R134a的冷凝压力高而蒸发压
力低,因此压缩机的压比大,功耗增加:
R134a的气体比容大,单位容积制冷
量小,压缩机的体积增大;R134a的绝热指数小,而比热较大,因此压缩机的
排气温度降低,而节流损失增大。
对R134a和R12的理论循环进行计算发现前
者的性能系数COP值约低3-6%。
另外R134a汽车空调系统的许多地方需要相
应改变,如润滑油用人工合成油代替原先的矿物油,橡胶软管需增加一层尼龙
防止制冷剂渗漏等【3】。
6.2润滑油
制冷压缩机中使用润滑油(又称冷冻油)的主要作用有润滑、密封、冷却
和消除噪音。
冷冻油的性能参数包括粘度、凝固点、闪点、燃点和浊点。
冷冻
油的存在会影响传热效果,增加功耗,因此根据润滑油的性质舍理选择冷冻油
的充灌量对制冷系统是非常重要的。
汽车空调中R134a制冷剂是以矿物油为润滑油,但矿物油与制冷剂R134a不
相溶而不能使用。
目前能与R134a相溶的有PAG和POE(ester)两类润滑油。
其中PAG是一种合成多元醇,由于有不同的分子结构而分成许多种类,分别呈现不同物理性质。
R134a应用初期,主要采用PAG作为冷冻油。
由于PAG的一些不利性能,及多元醇酯POE(ester)合成油的研制成功,加上ester具有许多比PAG更好的性能,故逐渐人们的研究已转移至POE上。
POE(ester)是一种合成多元醇酯又称为酯类油,山精选的多元醇酯基础油和添加剂配置而成。
主要成分是季戊四醇、三甲基丙酮和各种直炼或支链型酯酸。
POE与R134a及R12等制冷剂互溶具有较好的抗磨性、润滑性、稳定性和防腐性【4】。
第七章汽车空调制冷系统各主要部件
7.1压缩机
7.1.1压缩机的合理选型和匹配
汽车空调压缩机是汽车制冷系统的心脏,是推动制冷剂在制冷系统中不断循环的动力源,压缩机机型和性能参数的合理选择、传动比的合理确定对整车空调系统的影响是非常重要的。
图7-1为压缩机图。
图7-1压缩机
7.1.1.1压缩机机型选型
根据工作方式的不同,压缩机一般可以分为往复式和旋转式,常见的往复式压缩机有活塞式和斜盘式,常见的旋转式压缩机有旋转叶片式。
活塞式压缩机是第1代压缩机,结构简单,制冷效率低,目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。
斜盘式压缩机是第2代压缩机,在1500r/min时,制冷效率比活塞式压缩机高10%,是轻型客车和轿车主选压缩机,豪华型车辆,适宜采用变排量斜盘式压缩机。
旋转叶片式压缩机是第3代压缩机,在1500r/min时,制冷效率比往复式压缩机高20%,由于制冷效率高、噪声和振动小,在汽车空调系统上也有一定的应用。
压缩机机型应根据不同的车型,综合成本经济性、运行经济性等方面合理进行选择【5】。
7.1.1.2压缩机性能参数选型
性能参数选型第一步是计算车辆的热负荷,并根据此计算结果进行初步选型,选型原则是压缩机在设计规定转速下额定制冷量不得低于空调系统名义制冷量的93%,输入功率不得超过设计规定值的105%,单位功率制冷量不得低于设计值的95%。
压缩机主要性能参数包括:
排量、最高允许瞬时转速、最高允许连续转速、压缩机性能曲线等。
表1为压缩机排气量与系统制冷量一般选型规范。
大中型客车的设计规定转速一般为压缩机转速为2000~2500rpm。
现在大中型客车主发动机功率一般较大,所以压缩机输入功率一般不考虑,主要分析压缩机在规定转速下的额定制冷量、单位功率制冷量是否满足设计要求。
轻型客车和轿车由于发动机功率小,必须考虑压缩机的输入功率和额定制冷量。
分析压缩机性能曲线图4-2为上压缩机转速为1800~2000rpm时的输入功率和额定制冷量,并把它们与设计规定值进行比较,最终确定压缩机的具体型号。
必须注意一点,压缩机的性能参数是在一定的测试工况中测定的,压缩机的测试工况往往与空调系统设计的额定空调工况不一样,所以额定空调系统(即蒸发器)所需的制冷量,必须先换算到同一工况压缩机所需的制冷量,再将额定空调工况的压缩机制冷量换算到测试工况压缩机所需制冷量,然
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