作者：刘春晖
出版社：机械工业出版社
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汽车空调系统原理与检修(第2版)试读：
前言
随着汽车技术的进步和人们对汽车的舒适性、安全性、可靠性要求的提高，汽车空调系统已成为现代汽车的标准配置。随着汽车技术中大量融入电子、计算机及网络等技术，汽车空调系统的结构变得越来越复杂，其控制部分电子化程度也越来越高，越来越人性化，环保要求也越来越严格，使汽车空调的舒适性与技术要求有了显著的提高。目前，中高档轿车已普遍采用微机控制的自动空调。汽车空调的维修已成为当前汽车维修行业中不可或缺的工作。
本书自第1版出版以来，深受广大读者的欢迎，历经多次重印。随着汽车技术的发展，汽车空调方面的新技术与新结构不断涌现，汽车维修理念及汽车类专业教育也发生了变化，为了适应新形势下汽车技术发展的需要，我们对第1版进行了修订，增加了新的维修理念和空调系统方面的新配置及典型车型自动空调系统的结构介绍。
本书从实际出发，全面、系统地阐述了汽车空调系统的基本结构、工作原理、自动控制、拆装、检测和维护知识，详细地讲解了空调系统故障现象、原因和排除方法，特别适合广大汽车维修一线的维修人员自学使用，同时也可作为职业教育教学和培训使用。
本书内容深入浅出，系统地介绍了现代汽车空调系统的结构、工作原理、维修和故障诊断方面的知识。全书共分七个方面内容，分别是汽车空调基础知识，空调制冷系统部件结构与检修，汽车空调系统电气控制，汽车空调的取暖、通风与配气系统，汽车空调自动控制系统，汽车空调系统检测与维修基础以及汽车自动空调系统检修实例。
本书由山东华宇职业技术学院刘春晖任主编，参加本书编写工作的老师还有苏朝辉、王云、刘宝君、陈国、张炜炜和德州市政务服务中心曹宇航。
在编写过程中借鉴和参考了大量国内外的汽车技术资料、维修资料和相关书籍，在此向其作者及编者深表感谢！由于编者水平有限，书中难免有错误和不当之处，恳请广大读者批评指正。编者前言
随着汽车工业的发展和人们对汽车的舒适性、安全性、可靠性要求的提高，汽车空调系统已成为现代汽车特别是轿车的标准配置。电子技术在汽车上的广泛应用，使汽车在总体结构、工作原理、使用与维修等方面都发生了根本性的变化，使得空调系统的结构越来越复杂，控制部分的电子化程度也越来越高。目前中高档轿车已普遍采用微机控制的自动空调。
本书从实际出发，全面、系统地阐述了汽车空调系统的基本结构、工作原理、自动控制、拆装、使用和维护知识，详细地讲解了空调系统故障现象、原因和排除方法，特别适合职业教育教学和培训使用，同时也可作为广大汽车维修一线的维修人员自学使用。
本书由山东华宇职业技术学院刘春晖、张学忠任主编，山东华宇职业技术学院刘宝君、德州学院王云任副主编，参加编写工作的还有张斌、赵国富、魏金铭、柳学军、孙长勇、蔡志涛、尹文荣、王淑芳、魏代礼、刘甲洪和郭长保。
本书在编写过程中借鉴和参考了大量国内外的汽车技术资料、维修资料和相关书籍，在此向维修资料的作者及编者深表感谢！由于编者水平有限，书中难免有错误和不当之处，恳请读者批评指正。编者第一章 汽车空调基础知识第一节 汽车空调热力学知识一、空调系统中常用的基本物理量
1.温度
温度是用来衡量物体冷热程度的物理量，用温标来表示。温度只反映物体冷热的程度，并不表示物体具有热量的多少。物体温度的高低可用温度计来测量，温度计是利用某些物质的体积随温度的变化而改变的特性制成的。常用的温度计有水银温度计和酒精温度计。（1）温标 温度计上的标尺称为温标，工程上常用的温标有：摄氏温标，用℃表示；热力学温标，用K表示；华氏温标，用℉表示。用这三种温标测得的温度分别为摄氏温度、热力学温度和华氏温度，如图1-1所示。
1）摄氏温标。它将标准大气压下水的冰点（海平面）定为0℃，水的沸腾点定为100℃，间隔100份，每份为1℃。用摄氏温标标定的温度称为摄氏温度，用符号t表示，单位为℃。
2）华氏温标。它将标准大气压下水的冰点定为32℉，沸点为212℉，间隔180份，每单位分度为1华氏度，表示为1℉。用华氏温标标定的温度称为华氏温度。
3）开氏温标。在开氏温标中，将分子完全不运动的温度定为0K，是可能存在的最低温度，用摄氏温标表示为-273.15℃，华氏温标为-459.67℉，开氏温标与摄氏温标的间隔相同。
在我国，表示温度通常使用摄氏温标，在欧美，华氏温标使用比较普遍，三种温标的比较换算见表1-1。温标对照如图1-2所示。图1-1 华氏温度与摄氏温度计表1-1 温标的比较换算（2）温度类型
1）冷凝温度。在空调系统中，在冷凝器中制冷剂在一定高压下由气态变为液态时的温度称为冷凝温度。
2）蒸发温度。在空调系统中，在蒸发器中制冷剂低压汽化时的温度称为蒸发温度。
2.压力（压强）与真空（1）压力单位 压力（压强）是指单位面积上所承受的均匀分布且垂直于该表面的力。在工程上俗称压力，压力的法定计量单位是2“帕斯卡”，单位符号为“Pa”。物理意义是1平方米（m）的面积上作用有1牛顿（N）的力。由于此单位较小，常用的单位是千帕（kPa）和兆帕（MPa）。6
1MPa=1000kPa=10Pa
在实际使用中还有几个常用的压力单位，如工程大气压（kgf/2cm）、毫米汞柱（mmHg）、大气压（atm）及磅/平方英寸（psi）等。它们之间的换算关系见表1-2。
图1-2 温标对照表1-2 几个常用压力单位之间的换算关系
此外，还有些地方采用巴（bar）作为压力单位，它与工程大气压的换算为：2
1bar≈1kgf/cm（2）标准大气压 纬度45°的海平面上常年平均气压称为标准大气压（atm）。2
1atm=1.033kgf/cm=760mmHg（3）真空与真空度 真空是指低于标准大气压的气体状态与标准大气压下的气体状态相比较，单位体积中气体的分子数目减少了的一种现象，因此是一个相对概念。绝对真空是不存在的。真空度用来表示实现真空的程度。由于真空程度越大，意味着单位体积中气体分子数减少得越多，也就是说压力随之减小得也越多，所以真空度是以气体压力大小来表示的。压力越低，表示真空度越高。反之，压力越高，表示真空度越低。若以汞柱高度来表示，当压力高到760mmHg时，则意味着真空“消失”了，若压力继续升高，即超过了标准大气压时，则用“正压”表示。相反，低于标准大气压，即真空状态的压强，则以“负压”来表示。（4）绝对压力与表压力 实际运用中，压力的表示方法有三种，分别是：“绝对压力”、“表压力”和“真空度”。绝对压力表示作用于单位面积上压力的绝对值，指完全真空状态下测出的压力；表压力是指用压力表测出的压力，表示比标准大气压高出的压力数值，即
绝对压力=表压力+1个标准大气压
为了与绝对压力相区别，常在表压力的具体数字后面加一个（G）字，如10kPa（G）。真空度表示比标准大气压低多少的具体数量。它们之间的基本关系如图1-3所示。
3.湿度
湿度用来表示空气中水蒸气的含量。湿度较高时，人就会感到不舒适。空气中常因含有一定数量的水蒸气而呈现为湿空气。（1）饱和空气和未饱和空气 在一定温度下，空气所含的水蒸气量（即水蒸气分压力）有一个最大限度，这个最大限度就是空气湿度所对应的水蒸气饱和压力，超过这一限度，多余的水蒸气就会从湿空气中凝结出来。图1-3 绝对压力、表压力和真空度的关系
凡水蒸气含量未达到该温度下的最大限度的空气均称为未饱和空气。未饱和空气具有吸收和容纳水蒸气的能力，如湿衣服挂在空气中能够被晾干，就是这个道理。（2）露点 对未饱和空气，如在含湿量不变的条件下，将其温度下降，当降到相应于该含湿量的饱和空气温度时，它就变成饱和空气。如果温度再下降，空气中的一部分水蒸气就会凝结成露珠而被析离出来，这一临界温度称为露点。
露点是指空气中所含水蒸气由当时温度下降而达到饱和（开始结露）时的温度。显然，湿度越高，露点温度和当时温度之差就越小。例如，当气温为30℃时，湿度为60%，露点温度为20.9℃；而当湿度为90%时，露点温度则上升到28.1℃。（3）相对湿度和绝对湿度 通常空气中水蒸气的最大含量，随温度不同而异；空气温度较高时，水蒸气的最大含量要比温度较低时大。湿度大小有两种表示方法，一种叫相对湿度，另一种叫绝对湿度。
相对湿度：在某一温度下，空气中实际含水蒸气量（以重量计）与空气在该温度下所能含水蒸气量（重量）之比。通常随着温度的升高，空气中所能含的水蒸气量会增加，如果空气的实际含水蒸气量不变，温度升高，则空气的相对湿度下降，如图1-4所示。它常用百分比表示，100%称为饱和空气，0%称为干空气。图1-4 空气的相对湿度
空气的相对湿度是衡量制冷系统工作性能的一个重要因素，实验表明，在26℃相对湿度为30%和在22℃相对湿度为90%这两个环境里，人体的感觉是一样的。
绝对湿度：空气中所含水蒸气的量（重量）与干燥空气量之比。（4）湿度的测量 湿度的测量通常用干湿球温度计，干球温度计就是普通的温度计，湿球温度计是将干球温度计的玻璃球处包上纱布，再将纱布浸在水中，如图1-5所示，水便在毛细管的作用下湿润温度计，由于在湿球处的水分蒸发带走一部分热量，使湿球处的温度降低，这样就形成了湿球温度，通过计算干球温度和湿球温度的差值，就可以算出空气的湿度。干湿球温差越大，表明空气越干燥，反之，空气越潮湿。标准湿球温度应在感温球周围有3～5m/s的风速。图1-5 干湿球温度计（干湿计）
4.饱和温度和饱和压力
如果对制冷剂加热，则其中的一部分液体就会变成蒸气；反之，如果制冷剂放出热量，则其中的一部分蒸气又会变成液体（温度不变）。在这种制冷剂液体和蒸气处于共存的状态时，液体和蒸气是可以彼此转换的。处于这种状态的制冷剂蒸气叫饱和蒸气，这种状态下的制冷剂液体叫做饱和液体。汽化过程中，由饱和液体和饱和蒸气组成的混合物称为湿饱和蒸气，简称湿蒸气。饱和蒸气的温度叫做饱和温度；饱和蒸气的压力叫做饱和压力。干饱和蒸气指在容器中的液体全部蒸发成蒸气的状态。
通常所说的沸点都是指液体在一个大气压下的饱和温度。对于不同的液体，在同一压力下，它的饱和温度也是不同的，见表1-3。表1-3 几种液体在一个标准大气压下的正常沸点
5.临界温度和临界压力
各种气体在一定的温度和压力下都可以液化。气体温度越高，可以使之液化的压力也就越高。但是，当温度升高超过某一数值后，压力再大也不能使气体液化。这一特定的温度，就称为临界温度。在这一温度下能使气体液化的最低压力，就叫做临界压力。不同的气体，其临界温度和临界压力也各不相同，表1-4列出了几种氟制冷剂的临界温度与临界压力。表1-4 几种氟制冷剂的临界温度与临界压力
6.制冷能力与制冷负荷
制冷能力：制冷机就是把热量不断地从低温物体转移给高温物体的装置。制冷能力的大小是以单位时间内所能转移的热量来表示的，单位是J/h。
制冷负荷：为了把车内的温度和湿度保持在一定的范围内，必须将来自车外太阳的辐射热和车内散发出的热量排到大气中。这两种热量的总和就叫制冷负荷。
汽车空调系统的制冷负荷较大。由于汽车在室外行驶且车壁较薄，受外界影响很大，在阳光直射下车内温度可达50～60℃。在室外大气温度为34℃的晴天，汽车在公路上放置1h后，车顶温度可达75℃，车内温度前座可达58℃，后座可达54℃。同时，由于风窗玻璃面积较大，辐射量也大。由于车内空间所限、座位相邻、乘员体形各异，会形成许多小的区域，从而使气流受到不同程度的阻力。因此，汽车空调制冷负荷通常会受到外界大气温度、湿度、车速等客观条件和乘员数量的影响。
7.汽化和冷凝（1）汽化 对液体加热，使其从液态转变为气态的过程称为汽化过程。汽化有两种方式：蒸发与沸腾。
①蒸发：液面上发生的汽化现象称为蒸发。衣服晾干的过程就是一个典型的蒸发过程。蒸发的快慢与蒸发的条件有很大的关系。液体的温度越高，蒸发越快；液体的蒸发面积越大，或者液体表面气体速度越大，蒸发越快。蒸发过程是一个吸热冷却过程。
②沸腾：将液体加热到某一温度时，例如将水在常压下加热到100℃，其内部会产生许多气泡，这些气泡不断自由到达液体表面破裂，而放出蒸气，这种在液体内部以气泡形式出现的汽化现象叫做沸腾。
蒸发与沸腾虽然同属于汽化现象，但在一定压力下，蒸发可以在任何温度下进行，而沸腾只能在到达与液体表面压力相对应的一定温度（沸点）时才能进行。液体沸腾时的温度称为沸点，又称为该压力下的饱和温度，该压力称为饱和压力。液体的沸点与它的表面压力有直接的关系，压力越高，沸点越高，如图1-6所示。
对液体加热，可使液体沸腾。然而将液体的压力降到相应于该液体温度下的饱和压力时，液体也同样能沸腾，如图1-7所示。图1-6 压力对沸点的影响图1-7 在密封和敞开系统中的沸点
汽化需要吸收热量，单位质量的液体完全变成同温度下的气体所需要的热量，称为汽化热。同一种液体，在不同饱和温度时，其汽化热也不同。一般来说，温度越高，汽化热越小。处于饱和温度时的蒸气称为饱和蒸气。将饱和蒸气在定压下加热，即可成为过热蒸气。过热蒸气的温度比同压力下饱和蒸气的温度高。二者之差称为过热度。（2）冷凝 当蒸气受到冷却时，放出热量，由气体变成液体的过程称为冷凝。冷凝时的温度称为饱和温度，如果将冷凝后的液体再度冷却，使其温度低于饱和温度，这种现象称为过冷，两者的温度差称为过冷度。气体冷凝时要放出热量。同样质量的饱和蒸气冷凝时放出的热量等于同温度下的汽化热，物态变化与热量的关系如图1-8所示。图1-8 物态变化与热量的关系二、热传递的基本形式
热量是热传导过程中物体内能变化的量度。热是能量的一种基本形式，它不能消失，只能从一个物体传递到另一个物体或从同一物体的一部分传递到另外一部分。根据科学定律，热量只能从高温表面传递到低温表面，直至温度相同为止。热传递的速度取决于高温表面与低温表面之间的温差。热量的法定计量单位是“焦耳”，单位符号为“J”。
空调的工作过程实际就是热量的传递和转移的过程，热量都是通过以下3个途径传递的。（1）传导 在受热不均匀的物体中，通过分子运动，将热能由较热的一端传到较冷的一端的过程称为传导。这种交换方式将一直进行到整个物体的温度相等时为止，如图1-9所示。（2）对流 当液体或气体的温度发生变化后，其比重也随之发生变化。温度低的比重大，因重力作用而向下流动；温度高的比重小，向上升，从而形成对流。由于液体或气体本身的比重变化而形成的对流称为“自然对流”；若由于外力作用，使气体或液体的流速加快，则称为“强制对流”，如图1-10所示。（3）辐射 物体之间在不接触的情况下，高温物体将热量直接向外传给低温物体的传递方式，叫做热的辐射，如图1-11所示。图1-9 传导图1-10 对流图1-11 辐射三、物质的状态变化和热的形态
1.物质的状态变化
增加或减少物质的热量，物质的温度可能发生变化，物质的状态也可能发生变化。
对冰加热，冰的温度会慢慢升高；当温度达到0℃时，冰就开始熔化，在这一阶段，0℃的水与冰共存；继续加热直至冰全部转变为0℃的水，这一固态转变为液态的过程称为熔化，而反过来的过程叫做凝固。对水加热，水从0℃升高到100℃。在100℃时，水的温度不再继续升高，而开始蒸发，直至水全部蒸发为水蒸气，水的加热过程如图1-12所示。水从液态变为气态的过程叫做汽化（蒸发），相反的过程称为冷凝。物质从固态直接转化为气体叫做升华，相反的过程叫凝华。图1-12 水的加热过程和状态变化
2.热的形态
从水的加热过程我们可以看出，加热水时，水的温度会随加热量的增加而升高。当加热到100℃时，水的温度不再升高，而是从液态向气态转变（图1-12）。这说明了加给水的热量有两种结果，一种是使水的温度升高，另一种是使水的状态发生变化。我们将使物质温度升高的热量称为显热，将使物质状态发生变化的热量称为潜热（图1-13）。
潜热按物体状态变化不同，可分为以下几种：（1）液化热 在某温度时，物质从气体变成相同温度液体时放出的热叫做液化热。（2）凝固热 在某温度时，物质从液体变成相同温度固体时放出的热叫做凝固热。（3）溶化热 在某温度时，物质从固体变成相同温度液体时吸收的热叫做溶化热。（4）汽化热 在某温度时，物质从液体变成相同温度气体时吸收的热叫做汽化热。（5）升华热 在某温度时，物质从固体变成相同温度气体时吸收的热叫做升华热。图1-13 显热和潜热
例如1kg水沸腾开始汽化，到水完全汽化为止，所加入的热量为2500kJ，这一热量就是水的汽化潜热。四、热力学的两个基本定律
1.热力学第一定律
汽车制冷系统在系统运行中，一直发生着不同形式的能量之间互相转换和传递，使制冷剂状态发生变化。在压缩机内，压缩机对制冷剂进行压缩，增加了制冷剂的热能，在冷凝器内，制冷剂又把热能传递给周围的空气而自身冷凝，在蒸发器内，制冷剂吸收车内空气的热量沸腾而变成气体，这一系列的热量传递和转换都是等量的。也就是说，热量传递，或者在机械功和热量的转换过程中，能量总和保持不变。这就是热力学第一定律。
2.热力学第二定律
热量不能自动地由低温的物体传向高温的物体。但是，热量可以有条件地由低温物体传向高温物体，这个条件就是要消耗外功。其关系表达式为：
Q=Q+WHC
式中 Q——从高温热源放出的热量；H
Q——从低温热源吸收的热量；C
W——制冷压缩机所消耗的功。
汽车空调制冷系统就是在消耗一定功的条件下，利用制冷剂的状态变化，而将热能由低温物体（车内空气）传向高温物体（车外空气）的一个实例。五、节流
由于遇到突然缩小的狭窄通道，而使流体压力显著下降的现象，称为节流。气体或蒸气在管道中流动时，通道截面积突然缩小，如遇到阀门、孔板等，流体压力便下降。这种状态变化称为节流，如图1-14所示。
当流体流向孔口时，在孔口附近的流体因截面突然变小，流体的流动形态发生突变，流体的压力降低，速度增大；到孔口时，压力降低到最小，而速度增加到最大；流体流过孔口后，其截面积突然增大，流体的压力逐渐回升，速度逐渐减小，最后达到稳定。由于孔口前后发生强烈的扰动和涡流，造成压力的不可逆损失，因此流体恢复稳定后，压力比以前小很多，但速度（流速）基本保持不变。
由于节流时间很短，系统与外界的能量传递可以忽略不计，节流是绝热过程。节流过程中，系统没有能量的输入，所以节流前后的焓值不变，即等焓过程。
在汽车空调制冷系统中，制冷剂在膨胀阀中的状态变化就是节流过程。制冷剂被膨胀阀节流后，如果压力下降得比饱和压力还低，部分液体将变成饱和蒸气，体积急剧增大。这时蒸气吸热量都是液体本身供给的，所以液体温度下降较大。图1-14 节流示意第二节 汽车空调技术的应用与发展一、汽车空调技术的发展过程
汽车空调自1925年问世以来，经过几十年的发展，已经由最初的奢侈品成为必需品，它大大改善了车内环境，改善了驾驶人的工作条件，提高了乘员的舒适性。汽车空调示意图如图1-15所示。
汽车空调技术是随着汽车的普及和高新技术的应用而发展起来的。汽车空调技术的发展经历了由低级到高级、由单一功能到多功能的5个阶段。
第一阶段：单一取暖。1925年，首先在美国出现了利用汽车冷却液通过加热器取暖的方法，到1927年发展到具有加热器、风机和空气滤清器的比较完整的取暖系统。该系统直到1948年才在欧洲出现。而日本到1954年才开始使用加热器取暖。目前，在北欧、亚洲北部地区，汽车空调仍然使用单一取暖系统。
第二阶段：单一冷气。1939年，由美国通用汽车帕克公司（Packard）首先在轿车上安装了机械制冷的空调器。欧洲、日本到1957年才出现加装这种单一冷气的轿车。单一降温的方法目前仍然在热带、亚热带地区使用。
第三阶段：冷暖一体化。1954年，美国通用汽车公司首先在纳什（Nash）牌轿车上安装了冷暖一体化的空调器，这时的汽车空调基本上具有调节控制车内温度、湿度的功能。随着汽车空调技术的改进，目前的冷暖一体化汽车空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。这种方式目前仍然在大量的经济型汽车上使用，是目前使用量最大的一种方式。
第四阶段：自动控制。冷暖一体化汽车空调需要人工操纵，这显然增加了驾驶人的劳动强度，同时控制效果也不太理想。自从冷暖一体化汽车空调出现后，美国通用汽车公司就着手研究自动控制的汽车空调，并于1964年首先安装在凯迪拉克（Cadillac）牌轿车上，紧接着福特、克莱斯勒等汽车公司竞相在各自的高级轿车上安装。日本、欧洲国家直到1972年才在高级轿车上安装自动控制的汽车空调。目前，高档轿车的全自动空调与其他电控系统组成局域网，根据车内外的环境情况，自动控制汽车空调系统的工作，既提高了调节效果，又节约了燃料。
第五阶段：微机控制。1973年，美国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司联合研究微机控制的汽车空调，1977年同时安装在各自生产的汽车上。微机控制的汽车空调功能增加了，且数字化显示。微机根据车内外的环境条件，控制汽车空调的工作，实现了汽车空调运行与汽车运行的相互统一，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和舒适性。图1-15 汽车空调示意图二、我国汽车空调的应用现状
我国汽车空调工业的发展大致经历了三个阶段。
第一阶段，从20世纪60年代初到70年代末，主要是利用汽车发动机排出的废气或冷却液循环产生的热量来供给车内取暖。
第二阶段，20世纪80年代初至90年代初。80年代初期，我国从日本购进制冷降温用的汽车空调系统，装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上；80年代中后期，我国一汽等生产厂从日本、德国引进先进的空调生产线和空调生产技术，生产大中型客车、轻型车及轿车的空调系统，为我国的汽车空调发展打下了良好的基础。
第三阶段，从20世纪90年代开始至今。国内有一批形成生产规模的汽车空调制造企业，分别从国外引进最先进的压缩机、冷凝器和蒸发器的生产技术和生产线。同时，按照蒙特利尔议定书和中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案的要求，普及应用汽车空调制冷系统工质由R12向R134a的转换。至此，我国汽车空调技术在短时间内接近了世界先进水平。
我国现有主要汽车空调生产厂家20多家，其中绝大部分都引进国外技术生产线和生产设备，还有些是中外合资企业，国内汽车空调技术的研究和开发与国外的差距正逐渐缩小。
从市场占有情况看，由于目前大多数汽车空调生产未具规模，加上汽车空调种类繁多，国内汽车空调销售市场仅为几家所垄断。其中上海德尔福汽车空调系统有限公司生产的爱斯牌汽车空调为别克、帕萨特、桑塔纳、捷达、富康、切诺基等车型配套；杰克赛尔汽车空调有限公司生产的空调主要为奥迪、红旗轿车及解放牌重、中、轻型车配套，湖北沙市电工仪表集团生产的空调为东风汽车公司、神龙富康汽车公司的载货车和富康轿车配套；广州豪华空调器有限公司生产的空调为海南马自达、奥拓、广汽本田、长安之星配套。随着我国汽车配件市场的逐步放开，国内汽车空调生产厂家面临国外汽车空调专业生产厂家的挑战，因此国内汽车空调生产如何走上专业化、规模化经营之路，将成为我国未来几年汽车空调业迫切需要解决的问题。三、汽车空调发展的趋势
当前，从市场需求方面看，汽车空调装置应进一步降低成本，提高燃油经济性；从制造方面看，随着车厢地板的降低以及车辆向大型化、高级化发展，需进一步提高汽车空调各组成装置的紧凑性和效率；从乘员和驾驶人方面看，车内温度要合理分布、设备操作要简便，空调装置应向全季节型发展。
1.日趋自动化
早期的汽车空调进出风系统、冷气系统和暖气系统彼此间互相独立，因而它们的控制系统也自成一体，且汽车空调都是手动控制，仅凭人的感觉来调节开关，因而温度、湿度及风量很难控制。近年来，随着电子计算机的普及并逐步应用到汽车空调系统，使得空调系统的控制效果日趋完善，空调设备的性能也越来越高。使用这种空调系统能进行全天候的空气调节，集制冷、取暖、通风于一体。在人为设定的最佳温度、湿度及风量的情况下，该系统可根据车厢内人员数量及其他情况的变化进行多档位、多模式的微调，从而达到设定的最佳值，使车内始终保持舒适的人工气候环境，同时可进行故障自动诊断和数字显示，进而缩短其检修和准备时间。
2.提高舒适性
目前不少汽车空调系统的制冷和取暖是各自独立的系统。每当梅雨季节，车窗玻璃上常常蒙上雾气，若要去掉雾气，必须启动冷气装置，但这样会使车内太冷。为了克服此缺点，厂商开发了一种全季节型的空调系统，该系统具有换气、取暖、除湿、制冷等功能，夏天由发动机驱动制冷系统，冬天由加热器制热取暖，过渡季节（如梅雨季节）则采用制冷与取暖混合方式吹出温和风进行除湿，使车厢内换气情况达到最佳状态。
3.高效节能、小型轻量化
要进一步降低空调装置的重量和外形尺寸，必须提高各组成装置的结构紧凑性和效率。在压缩机方面，以往的空调系统多采用斜板式压缩机，这种压缩机制冷能力相对较低，性能系数和容积效率也相对较小。为了提高压缩机性能，现已使用了制冷效率高的旋转式压缩机和三角转子压缩机。在冷凝器和蒸发器方面，管片式换热器已逐渐被管带式换热器取代。目前散热性能更佳、结构更为紧凑的平行流冷凝器和层叠式蒸发器又有取代管带式换热器的趋势。在制冷管路方面，进行优化设计使管路结构更为合理，并在管路上装配防振橡胶块以防共振等。
4.向环保型汽车空调发展
由于汽车空调制冷剂R12对大气臭氧层有一定的破坏作用，根据《蒙特利尔议定书》规定，发达国家1996年开始禁用R12，发展中国家2006年完全禁用R12，世界各国都在积极研制一种更适合环境保护的新型制冷剂。目前世界各国一致公认R134a是R12的首选替代物，并基本上解决了空调系统的匹配和材料等一系列问题。
5.新型空调结构和系统得到发展
空调制冷方式有许多种，目前应用于汽车空调的制冷方式全部为蒸气压缩式，其他制冷方式，如吸收式、吸附式、蒸气喷射式、空气压缩式等，很少在汽车空调上采用。但利用发动机的余热来驱动制冷系统是一个理想的节能方案，所以世界各国都在研究这种新技术，如氢化物汽车空调系统、二氧化碳汽车空调系统、固体吸附式汽车空调系统和吸收式汽车空调系统等。
6.出现新型空调部件
新结构、新材料、新工艺将不断应用于汽车空调部件，主要体现在热交换器和管口连接上，以保证得到更理想的性能。据了解，奔驰、宝马、奥迪、凯迪拉克等豪华轿车的空调系统，在继承自动恒温空调的数字变频恒温、内外循环和后排出风等优点的基础上，具有了更先进、更人性化的特点，前后左右四个座位的温区均可由乘客自己动手调节，图1-16所示为大众途锐车四温区调节自动空调控制示意。四、自动空调新技术在汽车上的应用
随着人类对环境污染的重视和科技水平的提高，目前，汽车自动空调系统采用了许多新技术，今后几年内，汽车空调将在下列方面采用新技术：
1）系统控制向智能化、网络化发展。不仅在轿车上如此，在大客车及其他车型上也向微机智能化控制方向发展。冷、暖、通风三位一体，控制设定、运行及故障报警实现数字显示化。由电脑根据车内、外环境温度和人工设定要求，自动控制压缩机运转、热水阀开度、风机速度、辅助发动机转速及各种风门的开闭位置，并有故障诊断和记忆功能。由于实现了智能化、网络化，不仅提高了乘员舒适性，而且节省能源，缩短故障判断时间。
2）可变排量压缩机进一步得到发展和应用，涡旋式压缩机前景看好。涡旋式压缩机早在19世纪初就已开发出来，但直到1988年才由Copeland公司应用到家用空调器和热泵上，到1993年三电公司正式开发出适宜于汽车空调上用的涡旋式压缩机。在加工、材料等疑难问题逐步得到解决后，它的高效、节能、零部件数少等优点大受人们青睐。图1-16 大众途锐车四温区调节自动空调
3）换热器进一步向小型化、高效能方向发展。平流式冷凝器和层叠式蒸发器将进一步发展，层叠式管片工艺与多元平流式原理在蒸发器和冷凝器上相互渗透、相互结合，出现多元流层叠式蒸发器和叠片式多元平流冷凝器。管子内肋翅更细化，壁厚和直径进一步减小，翅片的开口及凹凸形状将更精确、更科学，翅片的厚度也更薄。
4）快速、高密封性的管口连接方式将更普及，尺寸公差要求将更严格。
5）超临界二氧化碳（CO）汽车空调系统将日趋成熟。CO作22为最早采用的制冷剂之一，在19世纪末就曾经应用，但由于技术原因，一直未普及。随着氯氟碳制冷剂工质对环境的危害渐渐被人们所重视，采用超临界循环的CO系统以其优良的环保特性、良好的传热2性质，较低的流动阻力及相当大的单位容积制冷量，重新在制冷领域受到重视。目前，美、日、欧都相继研制成功了二氧化碳汽车空调系统并装车试运行，并逐步进入二氧化碳压缩机小批量生产应用阶段。
6）新型空调结构。除了单向制冷以外，不少汽车上已开始使用双向空调，即采用热泵系统，夏季制冷，冬季取暖（逆向工作）。由于热泵系统冬季供暖效率较低，往往需要加设一个水暖加热器，并由控制系统自动控制热泵系统的工作。当水温高时，发动机冷却液进入水暖加热器；当水温低时，自动起动压缩机工作，制冷工质逆向流动，蒸发器成了散热器。第三节 汽车空调制冷剂对环境的影响
众所周知，地球是被一层稀薄的气体包裹着，这就是地球大气层，主要由氧气和氮气构成，还有一些稀有气体。其中，臭氧（O）虽3然在大气中的浓度很低，却能吸收太阳紫外线，调节地球气温。
适量的紫外线照射对人体健康是有益的。它能提高人体免疫能力，促进磷钙代谢，增强人体对环境污染物的抵抗力。但是人体长期反复照射过量紫外线将引起细胞内的DNA改变，使细胞的自身修复能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质化，以致皮肤癌变。造成紫外线到达地面数量增加的直接原因就是臭氧层的耗减，通常认为臭氧浓度降低1%，紫外线辐射量就增加1.5%～2%。1.大气层中臭氧的分布
自从发现南极上空的臭氧层出现空洞以来，人类就产生了关于自身健康后果和对环境的一些担心。“臭氧耗尽”以及“温室效应”带来的“全球变暖”已经吸引了媒体的广泛注意力，全世界对此给予了密切的关注。
臭氧（O）是一种具有渗透性的、有刺激性气味，并令人产生3兴奋作用的气体。臭氧由氧原子组成，但化学性质与一般的氧气不同。因此，它被称为氧分子的“同素异构体”。在浓度大时，臭氧被认为是一种有毒的气体。然而，臭氧层却保护着地球上的生命，使其不会受到紫外线辐射的损害。臭氧有一种刺鼻气味，许多人说它是令人讨厌之物。在高浓度时，臭氧呈淡蓝色，而氧气是无色无味的。臭氧（O）是氧元素（O）的一种形式。每个臭氧分子含有三个原子，而3正常的氧分子（O）含有两个氧原子。2
大气层向上延伸数百公里（km），如图1-17所示。厚度达11km左右的大气层的最低层叫做对流层。对流层以上到大约48km之间的部分叫平流层。平流层以上叫电离层。
大气层的臭氧约有90%存在于平流层中，主要分布在大气层高度15～35km之间。这与其他的大气层气体不同，因为其他的大气层气体大都集中在对流层中。在平流层中，即使臭氧最密集的部分，浓度也不超过0.001%。例如，如果大气层中的所有的臭氧都集聚在海平面上，也只能形成不到3mm厚的一层。大气层中含有臭氧约30亿t，这相当于地球上每人726kg。不过与大气层的总质量相比，臭氧量可以忽略不计。图1-17 地球上大气层的分布2.臭氧的形成与作用
臭氧是由放电作用而形成的。在平流层中，紫外线对氧的辐射作用能更频繁地形成臭氧。氧分子中的氧原子分离，分离出的原子再与其他氧分子结合，从而形成含三个氧原子的臭氧（O）。3
阳光对平流层臭氧的形成起关键作用，因此臭氧主要形成在赤道附近地区上空，因为这里太阳光辐射最强。在地球风的轻微循环作用下，臭氧再扩散到整个平流层。平流层臭氧浓度在全世界是不同的，赤道地区最低，靠近两极的南北纬度63°附近最高。
来自太阳的射线有不同的波长，范围从紫外线经过可见光到红外线。紫外线辐射对生物体非常有害，能引起晒斑、皮肤癌、眼病（包括白内障）、早期衰老和皮肤起皱。紫外线辐射还能破坏像海洋中的浮游生物这样的微生物，因而剥夺了生物体的某些天然食物，破坏了地球生态食物链。受到过多紫外线辐射，植物和农作物也会受到破坏。
具有破坏性的紫外线辐射由大气层中的臭氧所吸收，不会到达地球。臭氧层起到一个巨大遮阳屏或者一个遮光伞的作用，它将地球罩住，保护着生命，使其免受危险的紫外线辐射。臭氧的耗尽会使更多的紫外线照射到地球和生物体上。3.臭氧层的破坏现状
大气中的臭氧含量仅一亿分之一，但在离地面20～30km的平流层中，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。臭氧层的臭氧含量虽然极其微少，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能，可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV-B）。由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在、繁衍和发展。
1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，并证实其同氟利昂（CFCs）分解产生的氯原子有直接关系。这一消息震惊了全世界。1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已达2400万平方公2里（km），北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10%～15%，西伯利亚上空甚至减少了35%。科学家警告说，地球上臭氧层被破坏的程度远比一般人想象的要严重得多。
氟利昂等消耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶，氟利昂是20世纪20年代合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当做制冷剂、发泡剂和清洗剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。80年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了144万t。在对氟利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万t。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。4.大气臭氧层的破坏原理
汽车空调使人们享受到了适宜的车内环境，也给外界带来了负面影响，大气层中的氟利昂有30%来自汽车空调系统。空调使用的氟氯烷（又称氟利昂）类制冷剂R12中含有氯（Cl），而氯会与臭氧发生反应，使臭氧分解，一个氯分子会与臭氧分子发生一系列反应而使成千上万的臭氧分子分解，这种链式反应能持续几十年，甚至上百年，直至氯分子与其他物质直接合成化合物或氯分子沉降为止。
Cl+O→O+ClO ClO+O→O+Cl322
如此周而复始，结果一个氯分子就能破坏多达10万个臭氧分子，如图1-18所示。总的结果，可以用化学方程式表示为：
2O→3O32
虽然反应中氟利昂分子所起的作用类似于催化剂，但由于其参加了反应过程，因而严格意义上不属于催化剂。图1-18 R12对大气臭氧层的破坏机理5.制冷剂和全球变暖
照射到地球表面的阳光以红外线辐射的形式被反射。然而，对流层中的微量气体，其中最重要的是CO，又将这些波反射到地球表面。2这会导致地球大气层升温，这种现象也就是我们通常所说的“全球变暖”。而CFC是造成微量气体浓度增加的罪魁祸首。1kg R12的温室效应相当于4000tCO的温室效应。而R134a对全球变暖几乎没有什么2影响，它的臭氧破坏系数为零，如图1-19所示。6.蒙特利尔议定书
联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，我国于1992年正式宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》。协议规定：（1）对于CFCs 发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产和消费；发展中国家，最后停用日期是010年。（2）对于HFCs 发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。图1-19 R12和R134a的破坏性第四节 汽车空气调节的内容一、汽车空调的功能
所谓空气调节（简称为空调），是指根据人的舒适性方面的要求，对空气的温度、湿度、洁净度及流动速度等进行必要的调节，使之符合人的需要，如图1-20所示。空调系统使驾驶车辆时的感觉更加舒适。空调系统向车厢内吹入凉爽、干燥的空气，使车厢内部保持适宜的温度。汽车空气调节的内容（图1-21）主要包括以下几个方面：
1.调节车厢内的空气温度
对空气温度的调节包括冬季加热和夏季降温两种情况。加热一般是利用冷却液或排气管的余热来进行的；降温则必须用专门的制冷设备，即汽车空调制冷系统来进行。在实际中，当气温在25℃时，人感到最舒适。当使用汽车空调系统制冷时，设定的制冷温度比环境温度低5～10℃即可，过大的车内、外温差，不但使乘员易患感冒，而且压缩机工作时间过长，不但导致压缩机故障增多、寿命缩短，而且耗费过多的功率。推荐使用的调节温度为：冬季18～20℃，夏季25～27℃。图1-20 汽车空调系统的作用图1-21 汽车空气调节的内容
2.调节车厢内的空气湿度
空气的湿度是指空气中水蒸气的含量百分数。对湿度的调节一般都是降低湿度，即除湿，特别是在夏季尤其如此。在同样的温度下，湿度越大人感到越热。因此，在降低温度的同时降低湿度能使人感到更凉爽、更舒适。湿度的降低是通过车内空气中的水蒸气在蒸发器表面凝结成水，然后流出车外完成的。
我国南方比北方的空气湿度大；夏天比冬天的空气湿度大；雨天比晴天的空气湿度大（雨天时的空气湿度几乎达100%）。我国南方夏季的空气湿度约70%～80%，冬季约60%～70%；北方夏季约60%～70%，冬季约40%～50%。人感到最舒适的空气湿度是60%～70%。实践证明，如果空气湿度过小，人会感到口干舌燥；相反，若空气湿度过大，人又会感到闷热憋气。因此，当空气湿度过大或过小时，都应进行调节。
3.调节车厢内的空气洁净度
汽车门窗长时间关闭，车内充满了人呼出的二氧化碳和排出的汗味等各种影响空气洁净的气味，因此必须将这些难闻气味除去。可采用引入外界新鲜空气（经过滤）、使用活性炭吸附剂、安装负离子发生器等方法来解决。
4.调节空气流动速度
汽车空调系统的空气流动速度包含两个方面的含义：一为车内、外空气的交换速度，即引入外界新鲜空气的比例，外界新鲜空气进入量的多少由新鲜空气阀门开度的大小来控制。二为内部空气的流动速度，主要解决车厢内温度不均现象。这种情况主要由出风口的位置、出风方向、鼓风机档位等来决定。
5.过滤、净化进入车厢内的空气
汽车在路面上行驶时，发动机排气管中的废气以及道路上的灰尘、花粉等杂质随时都有可能进入车内，造成车内空气脏污；由于汽车室内空间小，人员比较集中，很可能造成缺氧和二氧化碳浓度过高的情况，因此需要汽车空调具有将车外新鲜空气引入到车内进行通风的功能，同时还应具有过滤和净化空气的功能，以保证驾驶人的行车安全以及车内人员的身体健康。
汽车空调采用的空气净化装置通常有空气过滤式和静电集尘式两种。空气过滤式的送风处和回风处设置有空气滤清装置，以便能滤除空气中的灰尘和杂质，它的结构简单，只需定期地清理滤网上的灰尘即可，广泛地应用在各种空调系统中。静电集尘式是在空气的进口处设置一套静电除尘装置或单独安装一套用于净化车内空气的静电除尘装置，这种装置过滤和净化空气的效果比较好，一般还具有杀菌、除臭等功能，因此这种空气净化装置通常在高级的轿车上才有应用。二、汽车空调的特点
汽车空调使用的特殊性，决定了它在结构、材料、安装、布置、设计、技术要求等方面与普通空调有较大的区别。汽车车厢内工作条件比房间要恶劣得多，如汽车直接暴露在太阳下或风雪下，隔热措施困难；汽车在行驶时有大量风沙、废气从各种缝隙钻入车厢，造成车厢的空气污染并增加热负荷；汽车的行驶速度变化无常，难以保证稳定的空调工况等。概括起来，汽车空调的特点有如下几点。
1.要求制冷量大，降温迅速
①作为汽车空调的对象，汽车车厢容积狭小，人员密集，有时流动性还较大，车身热工性能和密封性能都较差，其热、湿负荷大，气流分布难以均匀，因此，要求所配备的汽车空调机组制冷量要大，能迅速降温。
②太阳入射热负荷大，而车厢隔热困难。车内温度决定于暴露在太阳下的表面积与车厢内容积之比以及门窗面积与车厢表面积之比。
③在我国大部分地区，夏季汽车长时间停在烈日之下，车内温度会上升到50℃以上。
2.动力源多样
汽车空调系统不能用电力作动力源，原因是设计上比较困难，轿车、轻型汽车及中型客车其制冷所需的动力来自同一发动机，这种空调系统叫非独立空调系统。对于大型客车、冷藏车，由于所需制冷量比较大，采用专用发动机驱动，故称为独立式空调系统。
在动力源的处理上，汽车空调比普通的房间空调要困难得多，至今为止，其压缩机不是靠发动机就是靠辅机驱动，这就决定了汽车空调压缩机只能采用开启式结构，这带来了轴封要求高、制冷剂容易泄漏的问题。当空调压缩机由发动机驱动时，其制冷能力随车速和负荷的变化较大。当汽车慢速行驶或怠速状态时，其制冷能力较小，难以维持稳定的空调工况，甚至无法正常工作。
3.系统中制冷剂流量变化幅度大，设计困难
对于发动机驱动的汽车空调，由于汽车车速变化大，发动机的转速可从600r/min变到4000r/min，压缩机的转速与发动机转速成正比，因而压缩机的转速变化也可能比发动机转速高7倍，这对汽车空调系统的流量控制、冷量控制等方面的设计造成了困难。
4.冷凝温度（压力）高
对于轿车、货车、小型旅行车等大多数车辆，冷凝器置于汽车散热器的前面，其散热效果受发动机散热器辐射的热量、汽车行驶速度、路面尘土污染的影响，尤其在汽车怠速或爬坡时，不仅冷凝器温度及冷凝压力异常升高，而且影响汽车发动机散热器散热。
5.制冷剂容易泄漏
由于汽车在颠簸不平的道路上快速移动、振动厉害、连接处容易松动，冷凝器容易因被飞石击伤或泥浆腐蚀，而产生渗漏现象。汽车要能适应道路颠簸等各种路况，因此对包括汽车空调系统各组成部件在内的零部件振动、噪声、安全可靠等方面的技术要求更严格。为保证汽车空调工作的可靠性、减少制冷剂的泄漏，对压缩机的密封、制冷剂管路的连接和冷凝器防腐蚀与防击伤等措施，都比普通空调要求的高。三、汽车空调的组成
汽车空调系统的功用是调节车内温度（即提供冷气与暖气）和通风净化空气。汽车空调系统是由制冷系统，采暖系统，配气、通风系统，控制系统和空气净化系统等多个子系统组成的。在现代汽车上，采暖与空气调节系统已具有新鲜空气的通风功能，在英文中也常用缩写字母HVAC（Heating Ventilating Air Conditioner）来表示，因此又称为采暖通风与空气调节系统。各型汽车空调系统的组成大同小异，图1-22所示为桑塔纳3000空调系统部件布置。（1）制冷系统 制冷系统主要由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、冷凝器散热风扇、鼓风机、制冷管道和制冷剂等组成，如图1-23所示。空调系统对车内空气和由外部进入车内的新鲜空气进行冷却和除湿，使车内空气变得凉爽舒适。（2）采暖系统 对车内空气和由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖和除湿目的。典型的取暖系统如图1-24所示。（3）配气、通风系统 配气系统由进气模式风门、鼓风机、混合气模式风门、气流模式风门和导风管等组成。汽车驾驶室内或室外未经调节的空气经鼓风机作用送至蒸发器或加热器处，此时已被调节成冷空气或暖空气的空气流，根据风门模式伺服电动机开启角度而流向相应的出风口，如图1-25所示。通风系统将来自外面的新鲜空气吸入车内，起到通风和换气的作用，它主要由安装在车身上的风口组成，包括车窗下部、轿车尾部等。图1-22 桑塔纳3000空调系统部件布置1—D管（压缩机至冷凝器管路） 2—低压维修接口 3—空调压缩机（型号：SE7PV16A R134a） 4—S管（蒸发器至压缩机管路） 5—高压维修接口 6—蒸发器 7—环境温度传感器 8—进风罩 9—暖风和空调调节装置 10—新鲜空气风箱 11—L管（储液干燥器至蒸发器管路） 12—储液干燥器总成 13—C管（冷凝器至储液干燥器管路） 14—冷凝器（4）控制系统 控制系统主要指的是控制面板（图1-25）以及控制电路（图1-26），控制系统对空调制冷系统和加热系统的温度、压力进行控制，并对车内空气的温度、风速进行控制，以满足驾驶人对车内环境的需求。图1-23 制冷系统的结构图1-24 汽车余热取暖装置
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