现代汽车空调结构原理和故障检修方法是什么

一.汽车空调系统设计应该掌握的理论知识：

1.热力学的知识

原因：空调系统是实现能量转换的一个系统，而热力学是空调系统中理论计算的基础。

2.流体力学，空气动力学的知识

原因：空调系统是利用制冷剂的流动及相态变化（气体变液体放热，液体变气体要吸热），发动机水箱的温度及流量变化，以及强制空气对流形成热量交换来实现制冷制热的。这涉及到流体力学，空气动力学的许多知识。

3.汽车和空调基础等相关知识 ，如制冷原理，发动机原理等

原因：必须将制冷和汽车有机结合起来，学会计算热负荷、制冷量和功率消耗负载，才能懂得系统的合理匹配。

4.机械结构学以及相关知识

原因：空调系统有很多部件，还需要安装到汽车上，必须了解相关的制造和装配工艺。

5.材料学知识

原因：汽车空调系统涉及金属、橡胶、制冷剂、润滑油等，必须对各种材料的物理化学性能和机械加工特性有充分的了解。

6.汽车电子工程知识和自动控制原理

原因：汽车空调系统中有许多电器和电路（如压缩机电磁离合器、冷凝器电子风扇、蒸发器鼓风机、压力开关、温度传感器、电子控制阀、A/C开关、空调控制器等），自动空调的反馈控制和调节。

二.汽车空调系统各部件结构及工作原理

汽车空调系统由压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、干燥器、空调管路以及HVAC、冷却模块等组成。必须对各主要部件结构及工作原理有充分的理解。

新能源汽车是我们生活中常用的交通工具，那么新能源汽车空调状况监测系统应该如何设计呢？大家请看我接下来详细地讲解。

一，新能源汽车空调监测系统设计背景

我国新能源汽车市场发展迅速，研发投入不断增加。中通、京华、安凯三大汽车公司都在大力发展新能源汽车。国家产业政策也鼓励新能源汽车向工业化方向发展。国内汽车公司、电池公司等针对新能源汽车的新投资项目正在逐步增多。投资者对新能源汽车市场的关注越来越多，这就增加了对新能源汽车市场发展研究的需求。

二，新能源汽车空调监测系统设计要点

本实用新型的主要目的是提供一个状态监测系统为新能源汽车的空调系统,以解决这个问题,很难判断失败的新能源车辆空调系统的现有技术。为了实现上述目标，本发明专利技术提供了一种新能源汽车空调系统状态监测系统，包括一种设置在新能源汽车空调系统中的新能源汽车空调系统控制器，所述无线数据传输模块、电源管理模块和数据存储模块进一步包括与无线数据传输模块相连的数据分析服务器。新能源汽车空调系统控制器分别连接空调系统压缩机、内部温度传感器、空调系统风机连接，所述无线数据传输模块包括与所述新能源汽车空调系统控制器连接的数据传输信道交换模块、全球通信网络模块和无线网络模块，分别与所述数据传输信道交换模块连接。

三，新能源汽车空调监测系统作用

本实用新型专利技术的新能源汽车空调系统状态监控系统可以实时监控新能源汽车空调系统的运行状态。当新能源汽车空调系统运行时，控制器采集空调压缩机、室内温度传感器、空调风扇的运行信息和故障信息等，然后通过无线数据传输模块传输到数据分析服务器，或通过数据存储模块保存。数据分析服务器接收到数据后，可以对数据进行分析和传输。数据包括故障信息、温度、冷热效率和能耗数据。传输的故障信息主要用于对空调系统故障进行实时监控，便于远程协助排查或后续准确排查。其他传输的信息，如温度、冷热效率、能耗数据等，主要是获取空调运行过程中的系统数据，为后续新能源汽车空调系统优化控制策略研究提供数据支持。电源管理模块为新能源汽车空调系统控制器提供独立的电源，保证新能源汽车空调系统控制器在空调系统故障断电时仍能正常运行和监控。

1 结合整车数模 确定空调壳体，根据芯体位置设计风道

2 注意风阻，风量。这个很重要 最好不要有垂直风道

3 跟据汽车空调需要 设计风门 包括 吹脸 吹脚 除霜 除雾 等等

4 还应注意冷暖风道配合，一般以蒸发器风道为主体设计

5 参考其他车型 壳体

浅谈汽车空调的概念设计与优化设计

作者：一汽集团技术中心 顾宏伟 杨国瑞

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[摘要] 本文提出了汽车空调系统的一种全新设计方法：空调系统概念设计与优化设计。在设计过程中运用专业软件进行理论计算，提高了空调系统开发的质量、降低了开发成本、缩短了开发周期。并以CA6471 箱式车空调系统开发为例，对空调系统的概念设计与优化设计进行了说明。

关键词：空调系统概念设计与优化设计 设计验证

1 空调系统的概念设计

概念设计是汽车空调设计摆脱了传统的经验设计与匹配设计束缚的一种全新设计方法，陈旧的设计模式已经不能适应现代汽车开发的需要，在总结经验设计与匹配设计的基础上，概念设计作为适应现代汽车空调开发的一种比较实用和科学的方法应运而生。它的特点是：提高工作效率，缩短开发周期，降低人为错误几率，确保系统的性能真实再现。空调系统概念设计可定义为：与整车开发同步进行的，按控制节点，分段提出与之匹配空调系统的方案设想，将“虚拟的”方案设想通过必要的控制手段和方法，变为假定的“现实结果”，提前模拟出未来实车状态下空调系统的效果。

汽车空调系统的概念设计，是在整车开发阶段开始的。其中包含的主要内容有：可研分析、设计目标的确定、设计方案的论证、设计资源的合理利用、结果的预测。

概念设计的方法首次应用于CA6471 箱式车空调系统的开发，验证的结果非常令人满意。现在正在开发的换代卡车的空调系统，也正在应用此设计方法，前期看已经取得了一定的预期效果。

明确设计定位至关重要：以CA6471 厢式车为例，该车时我公司在CA6440 箱式车基础上开发的改进产品。对于箱式车而言，做到性能可靠、质量可靠、安全可靠时最基本的要求；从用户的角度看，对舒适性的评价，已经成为左右用户购买心理的关键因素，为什么呢？随着人们物质生活水平的不断提高，对汽车的要求已经不仅仅停留在“代步工具”的观念上，对乘坐的舒适标准要求越来越高。那么体现一种乘用车舒适性最普通的标志之一就是汽车空调。换句话，什么车，配置什么档次和水平的空调，市场定位非常重要。

明确设计性质非常重要：系统性能可靠、质量可靠、安全性好、舒适性好，用户才会认可。以CA6471车为例，该车的空调系统时在CA6440 的基础上开发的。CA6440 的空调系统于1992 年开始设计的，是我们接受的第一次比较正规的设计任务，受缺乏经验、设计手段落后等诸多因素的影响，导致投产后的CA6440 车问题不断，陷于连续的质量攻关的被动局面之中，可以说，在CA6440 车上我们获取了难得的经验，但也交足了学费。所以CA6471 车空调系统的设计不能再重复CA6440 的老路子，设计思想、方法都要彻底更新。

概念设计应遵循的原则：注重体现的是规范化、系列化、标准化、通用化、轻量化和模块化的设计原则。而以往的设计，这方面完全被淡化了，没有引起足够的重视。

规范化是指严格按着产品开发的程序进行操作，树立法规标准意识，加强理论计算和优化计算，提高设计质量，控制性能指标与目标成本。

系列化是指在基本车型的基础上，不断衍生出其它车型。就空调而言，是指以基本车型的空调系统中的某些关键部件为核心，建立主体数据模型平台，为其它车型开发提供条件和支持。如中重型卡车系列有一套空调系统平台，轿车有一套空调系统平台，而轻型车又有一套空调系统平台。

标准化是指设计要符合企业标准、行业标准与国家标准，尤其要满足强制法规要求。国家经贸委和环保局曾发出禁令：2002 年起全面废止CFC—12 车用空调的使用，否则禁止整车销售。由于我们技术改造与设计都提前做了工作，保证了一汽所有的车型都适时地采用了符合环保要求的CFC—134a 空调系统。

通用化是指设计过程中，要尽可能采用与本设计相关、相近、相同的空调其它部件，达到控制、降低成本的目的。如CA1041L 轻卡CA6471 厢式车的空调“三箱”就是一个通用的典型。

轻量化是指设计过程中，要尽可能采用新型轻质材料，尽量降低系统部件的重量，满足整车降重的要求。

模块化是将系统一个或几个部件集中在一起形成模块，目的便于安装与维修，提高装配效率。CA6471厢式车空调系统是比较典型的模块化设计，空调的“三箱”总成，即风机总成、制冷器总成、加热器总成既可自成一块，又可合成一体。

设计目标是衡量空调系统的最高标准，也是一项重要的考核指标。设计目标的提出要有科学依据、可比性、可实施性。

以CA6471 车为例，提出的设计目标：

(1) 纵向对比系统降温指标高于CA6440 车。

(2) 横向对比系统降温指标不低于市场上同类车型。

(3) 按着性价比衡量，在CA6440 的基础上，成本增加力争控制在10%以内。

设计方案评审，评审的内容是：计划草图（方案图）和详细计划图。计划图的质量越高，后期的结构设计更改就越少，工作效率也越高。尤其是空调“三箱”总成的布置，与仪表板的结构和造型有着密切的关系，必须同步考虑。

以前的设计流程中，由于缺少评审这道关键环节，使得很多的设计错误及隐患未暴露出来，以至投产时才发现有设计失误，造成不良影响和损失。我们现在开发的换代卡车，空调系统的前期设计就是不断地经过反复的逐级评审，最终拿出来的方案就非常成功。

设计资源的合理使用与配置是影响设计质量、工作效率及设计周期的重要因数。

设计资源包括系统的专用件、通用件、标准件数据库及相关车型系统的试验数据库，还有先进的设计软件（PRO-E、CATIA）作为设计工具。现在我们已经建立了压缩机专用数据库、管接头通用件数据库、中型/轻型车空调降温试验数据库，作为新产品开发的参考依据；同时也正在开发空调模拟仿真设计软件，不断完善和提高设计手段。

2 概念设计中的理论计算

汽车空调热负荷是确定空调系统送风状态和确定空调系统部件规格的基本依据。

空调热负荷的计算方法有图表法、简易计算法、热稳定计算法和非稳定计算法。通常采用简易计算法，它的缺点是手工运算工作量大，偏差比较大，考虑的影响因素也有限。这是以往匹配设计时，经常采用的手段。如果采用经验设计甚至放弃计算，完全依赖后期的试验验证的结果来证明系统设计是否合理，使设计人员完全处于一种被动的期待状态之中。

现在系统设计的理论计算，完全采用我们自己开发的设计软件进行计算（校核）。其特点是运算速度快，准确率高，有助于性能参数的确定与设计目标的实现。

热负荷计算主要与驾驶室内饰及驾驶室外形尺寸长、宽、高，乘员数量等有关。

热负荷包括：乘员负荷（包括潜热和显热），换气负荷（与室内外温度、湿度和换气量有关），车身传导热负荷（与车身外表颜色、地板/侧围/前围/后围/风窗/内饰和车速有关），热辐射负荷（主要与风窗有关）。如果是手工计算，工作量非常大；如果用专用软件，又快又准，输入不同工况、不同车型、不同地区、不同车身颜色等条件就能得出结果，手工运算是无法比拟的。

主要性能参数的确定：根据热负荷的结果，同样以软件继续运算，进而确定系统各主要部件的性能参数。例如，通过运算知道，若满足热负荷的要求（输入工况条件），需要压缩机的排量为170mL/rev 型号的，那么计算机会自动在压缩机库中，按着库中已有的压缩机性能曲线逐一进行判别，最后选出排量接近170mL/rev 的一种或多种不同压缩机型号，再根据发动机的匹配要求，选出符合要求的机型。

同样，确定蒸发器结构形式（管带式/层叠式/管片式）就可以算出蒸发器本体体积大小，同样确定冷凝器的结构形式（管带式/平行流）就可以算出定冷凝器本体体积大小，由此再根据整车布置的要求，确定具体的结构形式、安装方式及细部尺寸。鼓风机的风量、电机的功率同样也可以通过计算确定。

3 空调系统的优化设计

优化计算：是建立在系统理论计算的基础上，对理论计算的结果进行反馈，对设计进行的完善与提高，最终实现对系统的优化设计。理论计算已经成为我们现在运用的方法，通过它可以初步判定系统设计是否合理；而优化计算是对样车出来后的降温试验数据，暴露出的设计缺陷，还需要进行改进设计而提出的。

空调系统进行理论计算后，优化可提前纳入到概念设计中，提高空调系统开发质量、降低开发成本、缩短开发周期。

优化设计的目标确定：通过试制样车试验，检查空调系统是否工作正常，验证实际环境下的降温指标是否达到设计要求。以CA6471 车空调系统为例，进行说明。

首先，分析一下试验数据：

通过以上三组数据，可以得出以下结论：

(1) 40km/h 和80km/h 工况下，空调工作30min 系统平衡时，车是内平均温度在25.6～23.4℃范围内。符合前面设计要求提出的24～26℃的目标值。

(2) 如果环境温度为35℃，估计车室内的温度至少还会降1℃左右。但是，40km/h 和80km/h 两组数据已经低于对手车型1～2℃。至少说明一点，空调系统在性能上并不比它差。

(3) 怠速工况下，出风口平均温度为26.7℃,车室平均温度为33.5℃,这样的温度对乘员与司机来说，是不能忍受的。

因此，CA6471 车在怠速工况下，降温效果不理想，主要表现在出风口温度偏高。所以，如何采取措施加以改进，这就锁定了要优化的目标。

分析产生问题结症的方法：本文采用了排除法与数据分析法来最终判定在空调系统的哪个环节上出现了问题。

首先用排除法（前提条件系统内部无堵塞、杂质、空气和水分等）。压缩机是经过性能台架测试的，试验过程中未发现异常，可以排除；前制冷器与换代轻卡通用，性能参数一样；后制冷器与CA6440 结构通用，性能参数也一样；唯一的变数就是冷凝器，那么问题极有可能出在这里。

其次用数据分析法（这是最科学、最合理的判定）。怠速工况下，系统工作最为苛刻：机舱高温辐射高达90℃，热风回流导致冷凝器进风温度上升，完全靠冷凝器电机风扇强制散热。这一点，从系统的高低压侧的吸排气压力值就可以得到证实：30min 时，吸气压力0.391MPa，排气压力2.229MPa。正常状态下，吸气压力应在0.35～0.37MPa，排气压力应在2.0～2.1MPa。由此，判定结症是怠速工况下，系统压力偏高所致。而影响系统压力偏高的主要部件，最大疑点就是冷凝器。

通过以上两种方法判定，结症出在冷凝器总成身上。

为什么采用高效的平行流冷凝器，散热效率反而下降了呢？因为冷凝器的放热量标定是在台架上测试来的，而且通风效率很高，制冷剂流动性好，这都有助于冷凝器发挥最大效能。而CA6471 实车状态的冷凝器确是呈腹卧式布置，两个风扇对角安装、制冷剂平行流动阻力大，造成风量的不均匀通过和不利于制冷剂的正常换热。也就是说，实车状态与台架是有区别的，它不能100%地再现台架的结果，同样与概念设计的预测结果，也可能存在一定范围内的偏差（10%以内）。因此，提高风量的有效通过面积，进而提高风扇效率，最大发挥冷凝器的潜能。

优化设计的方法研究：根据上述提出的优化的目标，优化对象初步确定为：一是冷凝器与电机风扇的匹配研究，二是冷媒分配不均对系统的影响研究（本论文在此略）。通过下表分析：

通过以上数据对比，CA6471 车采用双风扇叶轮比对手车采用的单叶轮的风量多500m³/h，按理推算，这么大的风量将非常有助于冷凝器能力的发挥，但实际并非如此。两种风扇布置示意图如图：

风量分布均匀性测试结果：

从以上数据分析，双风扇对角布置时，电机转速在2300r/min 时，冷凝器出风风速最大5.0m/s，最小1.5m/s，沿无电机对角线上的风速差别很大，风量不均造成风量的损失，导致电机及风扇效率大大降低。

而用单风扇中心布置时，虽电机转速只有2000r/min，但冷凝器出风风速却比前者高，且各点风速相同，风量均匀通过冷凝器，效率非常高。

冷凝器总成噪声来源，可确定为双电机、双叶轮、对角布置、转速高等几个主要原因。降噪采取的最好措施就是用单电机、单叶轮、中心对称布置。

4 概念设计与优化设计的试验验证

(1) 优化后降温结果

从试验数据可得出如下结论：

1） 在怠速工况时，低压为0.376MPa，高压为2.186MPa，基本上接近正常；此时车室内平均温度为29.5℃,比改进前降低4℃，按着室内外温差8～10℃衡量，已经符合设计要求。另外通过人的实际感受，主观评价也认为可能接受。

2） 车速在40km/h 与80km/h 时，降温效果也是非常明显的，车室内平均温度降温幅度分别为1.1℃和2.4℃。

结果说明改后与改前比较，无论是怠速工况还是正常行驶工况，空调降温效果都有改善和提高，达到了改进的目的。

(2) 噪声对比结果

经试验室内测试，数据对比如下：

双电机双叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 78dB 2300r/min

单电机单叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 68dB 2000r/min

从以上数据比较，单电机单叶轮冷凝器总成噪声要比双电机双叶轮冷凝器总成噪声低10dB，相当可观。

5 结论

空调系统的概念设计是我们对前人的设计经验进行总结，学习先进的设计方法，并结合汽车空调专业的特点而提出的一种新的设计方法。

这种设计方法的特点是把更多的问题在设计前期以理论模拟计算的方式解决，以缩短设计试验周期、降低开发成本。随着设计要求和水平的不断提高，汽车空调的概念设计与优化设计将会得到不断的丰富与完善。(end)望采纳。。。。

冷凝器流道设计的原则是：随之制冷剂的流动，比容不断变化（体积流量、流速变化），为了使制冷剂在冷凝器内的压力损失减小，因此，流道数量不断减少。

分析如下：

冷凝器中，制冷剂有三个过程：

1. 冷却过程：压缩机排出的高温高压气体（90度以上，15kgf/cm2）进入冷凝器，经过第一阶段冷却，达到饱和温度。此过程中，气体比容逐渐变大，但是不太显著。在冷凝器中占的面积一般为10%左右。

2.冷凝（等温）过程：制冷剂继续流动，一边散热，一边凝结为液体，液体的量不断增加，气体的量不断减少。直至到出口时，气体完全冷凝。由于气体比容为液体的20多倍，因此，体积流量不断降低。此过程占得冷凝器面积为90%左右。

3.过冷过程：这个过程比较有争议，在有储液干燥器系统中，充注量适当，且稳定状态下，冷凝器出口为完全饱和状态，不存在过冷。但是，在变工况下，过冷不可避免。此过程，液体的比容没有变化，因此流速不变。

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首先要确定的是在不同模式下各模式风门的位置，以这个为基础确定连杆的运动角度，再根据这个运动角度去设计综合控制盘的滑槽长度和走向，目前这个国内还设计不了，只能做简单的，像你问题里的图片，很明显是电装的风格。

早期的电动汽车由于受到蓄电池的能力，为了增加续行，大部分电动汽车都没有安装空调。现阶段，国内汽车厂家就从传统燃油汽车空调的基础上进行部分替换设计，将燃油发动机带动的压缩机替换成直流电机直接驱动的压缩机，控制上相应改变，来完成空调制冷的功能，目前替换设计效果基本能解决电动汽车空调的制冷问题，但制冷效率有待提高，。由于没有燃油发动机产生的余热，制热功能国内厂家目前主要采用PTC加热和电热管加热，这些加热模式虽能满足制热效果，但这些加热模式都是硬消耗电动汽车上的蓄电池电能，制热效率相对较低，影响电动汽车的续行里程。在空调的主要零部件选用上，目前国内的电动汽车除了压缩机和控制模式，其他主要零部件还是沿用燃油汽车空调的零部件，冷凝设备主要用的是平行流冷凝器，蒸发设备主要用的是层叠式蒸发器，节流装置仍然是热力膨胀阀，制冷剂仍然是R134a。

国外电动汽车空调发展相对国内来说较成熟，热泵型空调系统，其在热泵系统的风道中采用了车内冷凝器和蒸发器的结构。（日本电装公司也为电动车开发了一套CO2热泵空调系统，系统也采用了在风道内设置2个换热器的方案，与R134a系统不同的是当系统为制冷模式时，制冷剂同时流经内部冷凝器和外部冷凝器。为了减少空调对蓄电池的电能消耗，美国Amerigon公司开发了空调座椅，这种空调座椅上装有热电热泵，热电热泵的作用就是通过需要调温的空间之外的水箱转移热量，从而实现需要调温的空间制冷或制热。这种空调座椅除了节能还可以改善驾驶、乘坐的舒适性，在电动汽车上配套使用比较适合）。

目前电动汽车空调可采用热电（偶）空调系统和电动热泵型空调系统。

至于效果，你就得在实物上试试才知道了。