汽車空調系統的組成及各系統的工作原理

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文/大榕樹，首發於微信公眾號：線束工程師（ID：Q_Sanman）

隨著汽車工業的發展及人們生活水平的提高，越來越多的人開始使用上了汽車，汽車的舒適性也獲得越來越多的關注，而車內空氣質量很大程度上影響著乘坐的舒適性，汽車空調作為提升乘員舒適性的系統重要性也越來越突出。汽車空調系統（Air Condition，簡稱AC）是指能對車內空氣進行調節的系統。

汽車空調系統主要有製冷系統和制熱系統，通風系統和空氣凈化系統。

一、製冷系統的構成與工作原理

如下圖所示，汽車空調製冷系統包括空調壓縮機，冷凝器，儲液罐（現在汽車基本都是和冷凝器一體），蒸發器，空調管路，膨脹閥等。隨著汽車空調技術的發展，現在蒸發器，膨脹閥基本上都集成在空調HVAC上了，HVAC除了這兩個，還集成了鼓風機，暖風裝置及空調系統各類感測器和執行器等。

空調製冷系統的工作是製冷劑不斷氣化和液化的過程，以壓縮機和膨脹閥中心為界，可以把整個製冷循環分為高、低壓兩個部分，詳細可以通過上圖進行了解。製冷劑在系統的循環過程可以分為4個工作過程，如下：

1.壓縮。蒸發器處理後的低溫低壓的製冷劑氣體，經過壓縮機吸入並壓縮成高溫高壓的氣體，然後輸入到冷凝器。

2.冷凝放熱。高溫高壓的製冷劑氣體進入冷凝器，由於壓力及溫度的降低，製冷劑氣體冷凝成液體，並放出大量的熱到外界大氣中。

3.節流。溫度和壓力較高的製冷劑液體通過膨脹裝置後體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀（細小液滴）排出膨脹閥。這是製冷劑高、低壓的分界線，膨脹閥有節流的作用。

4.蒸發。霧狀製冷劑液體進入蒸發器，因此時製冷劑沸點遠低於蒸發器內溫度，故製冷劑液體蒸發成氣體。在蒸發過程中大量吸收周圍的熱量，而後低溫低壓的製冷劑蒸氣又進入壓縮機。

上述過程周而復始的進行下去，便可達到降低蒸發器周圍空氣溫度的目的。與此同時，鼓風機將冷空氣抽進車內，並將車內熱空氣排出，從而使車內溫度降低，取得製冷效果。

二、空調取暖系統構成和工作原理

現在汽車主要充分利用發動機的冷卻後的冷卻液的餘熱進行制暖，這種方式通常也稱為水冷。當制暖效果要求更高時，一般會輔助相關的PTC加熱器進行加熱，最終達到良好的制暖的效果。空調取暖系統主要部件為熱交換器，主要用於取暖，對車室內空氣或由外部進入車室內的新鮮空氣進行加熱，達到取暖、除濕的目的。

如上圖所示，發動機上的冷卻水控制閥將分流出來的一路冷卻水送入暖風機的加熱器芯進行熱交換，放熱後的冷卻水再經加熱器出水管迴流至發動機；同時，冷空氣被鼓風機吸入到加熱器芯子進行加熱，經由不同的風口吹入車廂內部，進行風窗除霜和取暖。通過控制冷卻水控制閥的開閉和流水量大小，可調節暖風機的供熱量。

一、空調通風系統構成與工作原理

將新鮮的空氣送入車內，並排出污濁空氣的過程成為通風。空調通風系統可以有效的保證車內空氣的新鮮，同時通風也可以對風窗玻璃進行除霧。我國對汽車空調的空氣質量已有了嚴格的標準，要求人均每小時輸入的新鮮空氣量不少於20。

汽車空調的通風主要有三種方式，自然通風、強制通風與綜合通風。

1）自然通風

汽車空調中的外循環系統指的就是自然通風。自然通風是利用汽車行駛過程中車身內外表面產生的風壓差，在適當的地方開設通風口，通常進氣口設在副駕駛的前方，空氣經過空氣室蓋板後通過車身上的通風口後進入室內，排氣口也稱泄壓口設置在左右側圍鈑金上，室內空氣從這裡流出室外，最終實現在密閉狀態下的車內空氣的通風換氣。當然最自然的通風就是開風窗或天窗。

如下圖所示，車身內外壁面上開設進出風口，利用車輛行駛時產生的風壓，將外部空氣引入車內循環後再排出。

空氣的入口設在正壓區，出口設在負壓區，形成空氣的自然流動。進、排口設置必須保證車內空氣略有正壓，使車內空氣壓力略高於外界大氣壓力，防止有害氣體進入車內。

2）強制通風

當汽車車速低，或停車時，車身內外表面氣壓差不足，僅僅依靠自然通風不能保證車內空氣的新鮮，此次需要強制通風。強制通風的主要部件是鼓風機，鼓風機工作時，將車外新鮮空氣強制送入車廂內，最終實現通風換氣。

3）綜合通風

綜合通風是指汽車上同時採用自然通風和強制通風。目前汽車上基本都是採用綜合通風的方式。

二、空調凈化系統構成與工作原理

空氣的清潔與凈化是乘客重要的需求，因此汽車空調還必須保證通風過程送入的新鮮空氣是健康的，這也就要求汽車空調能夠對輸入的空氣進行凈化，這個系統過程也稱為空調凈化系統。

汽車在公路上行駛時，車外空氣中最大的污染是各種懸浮粉塵。懸浮粉塵主要由固體物質破碎形成的固體顆粒、汽車尾氣排出的含有CO、CO2、SO2等有害氣體、還有各種煙霧、花粉、細菌等組成。而且車內循環空氣受到人的活動和工作過程的污染，如人體呼出的CO2、身體散發出的汗味，這些都影響人體的健康，降低了空調的舒適性。

因此，汽車空調凈化的目的就是除去這些有害氣體及粉塵，使車內保持清潔舒適的空氣環境。

汽車空調的凈化包括兩部分，即室外流入室內的空氣凈化和室內循環空氣的凈化。

汽車行駛過程中，粉塵是最大的污染物，空調凈化系統對室外空氣中粉塵的凈化，主要採取過濾除塵和靜電除塵兩種形式。

1）過濾除塵

過濾除塵實在空調系統的送風和迴風口處設置空氣濾清裝置，主要是對塵埃等顆粒物進行過濾。

2）靜電除塵

靜電除塵是在空氣進口的過濾器後面再設置一套靜電除塵裝置。靜電除塵是利用高壓電極產生高壓電場，對空氣進行電離，使塵粒帶電，然後在電場作用下產生定向運動，沉降在正負電極上而實現對空氣的過濾除塵。

空調凈化系統的去除異味和有毒氣體的形式主要有3種，即活性炭、催化反應器和負離子發生器。

1）利用活性炭

利用活性炭去除異味是汽車空調凈化系統的主要方法，活性炭能過吸附空氣中有毒有氣味的成分，如汗臭，煙味和人體發出的各種異味，另外還能吸收有害的氯化物和硫化物。

2）催化反應器

對於室外流入室內的空氣中的有毒氣體CO，NOX，HC等幾乎不起吸附作用，鼓需要另外的催化反應器將這些氣體進行凈化。其化學反應式為：

3）負離子發生器

空氣中含有三類離子，為輕離子、中力子、重離子，這些離子都是帶電離子，其中帶負電荷的離子稱為負離子，負離子對人體健康有利。負離子發生器就是利用電暈放電使空氣負離子化的裝置，目前高檔車這個裝置基本都是標配了。