水机空调工作原理 (汽车干货详解)

要理解新能源汽车里的空调系统,就得先搞清楚传统内燃机汽车里的空调是怎么回事,平时在车内感受到的冷风和热风是怎么产生的。

那么,有两个概念是绕不过去的:

1、汽车空调

汽车空调是汽车室内空气调节的简称,用以调节车内温度、湿度、气流速度、空气纯净度等空气参数,为乘员提供清新舒适的车内环境。

2、物质的三种状态

物质的三种状态分别是:气态、液态和固态。

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

空调里面只涉及到气态和液态的变化,物质从液态蒸发或沸腾为气态的过程称为“汽化”,这个过程需要吸收外界的热量;相反的,物质从气态压缩或凝结为液态的过程称为“液化”,这个过程则是向外接放热。

简单来说,汽车空调就是利用了物质的气液态变化来达到其主要作用的,更具体的是制冷作用。

那么该物质是什么就很关键了,是空气?

当然不是!汽车空调中该类物质我们通常叫它制冷剂或者冷媒,用的最多的型号是R134a,它的气液态变化效率及条件比空气好太多了,不仅环保安全,综合性能还非常好!

制冷剂在液态和气态之间变化,需要在专门的管路中进行,而管路与管路之间,又必须加入一些设备来制造并加速制冷剂的气液态变化。

这些设备具体是哪些?

1、压缩机:发动机带动压缩机工作,用来快速加压气态制冷剂,为制冷剂液化过程做准备;

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

2、冷凝器:把压缩机加压过来的气态制冷剂尽量降温,实现液化过程;

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

3、储液干燥罐:用来过滤和干燥制冷剂,制冷剂中不能有水分等杂物;

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

4、膨胀阀(或膨胀管):控制液态制冷剂的输出量,把制冷剂从液体变成雾状,为汽化过程准备;

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

5、蒸发器:雾状制冷剂经过蒸发器后变为气态,实现汽化过程。

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

这些设备用空调管路首尾相接,制冷剂在它们之间快速穿梭循环,形成如下图所示的工作过程。

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

总结一下大致的汽车空调制冷过程,是这样的:

1、压缩过程:压缩机将流经蒸发器的低温、低压的气态制冷剂压缩为高温、高压的气态制冷剂,输送到冷凝器;

2、冷凝过程:冷凝器将高温、高压的气态制冷剂冷却,使其液化为中温、高压的液态制冷剂,送入储液干燥罐;

3、膨胀过程:膨胀阀将过滤后的中温、高压液态制冷剂利用节流原理,使其转变为低压雾状的液/气态混合物,送入蒸发器;

4、蒸发过程:低压雾状的液/气态混合物流至蒸发器,吸收周围的热量而汽化,达到制冷的目的。

实际上,为了让汽车的制冷效率更高,效果更好,在冷凝器旁边加装了散热风扇(当然,风扇不光为冷凝器散热,还为冷却水箱散热),加速制冷剂液化,在蒸发器旁边安装了鼓风机,把蒸发器周围由于蒸发过程而变冷的空气源源不断地吹到车内,让我们可以感受到连续的冷风。

下面来说一说内燃机汽车空调的一般制热方法。

汽车空调制热的系统一般叫暖风系统,暖风的热源主要依赖于发动机。它利用发动机冷却液,给车内空气或由外部进入车内的空气加热,达到取暖、除湿,给风窗玻璃除霜、除雾的目的。

干货电动汽车空调原理,水机空调工作原理

暖风系统跟制冷系统是分别独立的,由水管、加热器、热水阀、发动机冷却液等组成,制热的效果就看冷却液的温度高不高,所以冷启动时的汽车空调吹不出热风(电加热的除外)。

加热器的位置就靠近制冷系统的蒸发器,包括鼓风机,空调滤芯等都安装在仪表台下方的蒸发箱总成里面,通过下面这个动画作个直观展示:

视频加载中...

至此,明白大致的原理之后,我们再回过头看一看:

汽车空调制冷系统里面,因制冷剂的状态变化,从压缩机到膨胀阀之间的管路压力比较高,而从膨胀阀再到压缩机的管路压力就比较低。一般而言,正常的低压数值0.2~0.3MPa,高压数值为1.5MPa左右,使用压力表从制冷剂加注口测量可知。

空调管路中的制冷剂压力,对整个系统来说很关键,压力过高过低都会让空调工作不正常,所以在管路上安装了压力开关,其实就是个传感器,实时监测管路压力,出现异常时会向控制器报告,控制器会指挥压缩机(压缩机上有个电磁离合器)或者散热风扇停转等。

当然,传感器很多,而现在越来越多的自动空调,对电子控制的要求就更高了,需要车内、车外、出风口温度,空气质量,光照等一系列的传感器,结合电脑模块的精确控制,做出让车内乘客最舒服的执行决策。

来源:微信公众号 车野