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（CO2）汽车空调系统将日趋成熟。CO2作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CO2系统以其优良的环保特性、良好的传热性质，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。