汽车空调系统的组成及各系统的工作原理

文/大榕树，首发于微信公众号：线束工程师（ID：suncve）

随着汽车工业的发展及人们生活水平的提高，越来越多的人开始使用上了汽车，汽车的舒适性也获得越来越多的关注，而车内空气质量很大程度上影响着乘坐的舒适性，汽车空调作为提升乘员舒适性的系统重要性也越来越突出。汽车空调系统（Air Condition，简称AC）是指能对车内空气进行调节的系统。

汽车空调系统主要有制冷系统和制热系统，通风系统和空气净化系统。

一、制冷系统的构成与工作原理

如下图所示，汽车空调制冷系统包括空调压缩机，冷凝器，储液罐（现在汽车基本都是和冷凝器一体），蒸发器，空调管路，膨胀阀等。随着汽车空调技术的发展，现在蒸发器，膨胀阀基本上都集成在空调HVAC上了，HVAC除了这两个，还集成了鼓风机，暖风装置及空调系统各类传感器和执行器等。

空调制冷系统的工作是制冷剂不断气化和液化的过程，以压缩机和膨胀阀中心为界，可以把整个制冷循环分为高、低压两个部分，详细可以通过上图进行了解。制冷剂在系统的循环过程可以分为4个工作过程，如下：

1.压缩。蒸发器处理后的低温低压的制冷剂气体，经过压缩机吸入并压缩成高温高压的气体，然后输入到冷凝器。

2.冷凝放热。高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热到外界大气中。

3.节流。温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排出膨胀阀。这是制冷剂高、低压的分界线，膨胀阀有节流的作用。

4.蒸发。雾状制冷剂液体进入蒸发器，因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。

上述过程周而复始的进行下去，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。与此同时，鼓风机将冷空气抽进车内，并将车内热空气排出，从而使车内温度降低，取得制冷效果。

现在汽车主要充分利用发动机的冷却后的冷却液的余热进行制暖，这种方式通常也称为水冷。当制暖效果要求更高时，一般会辅助相关的PTC加热器进行加热，最终达到良好的制暖的效果。空调取暖系统主要部件为热交换器，主要用于取暖，对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空气进行加热，达到取暖、除湿的目的。

如上图所示，发动机上的冷却水控制阀将分流出来的一路冷却水送入暖风机的加热器芯进行热交换，放热后的冷却水再经加热器出水管回流至发动机；同时，冷空气被鼓风机吸入到加热器芯子进行加热，经由不同的风口吹入车厢内部，进行风窗除霜和取暖。通过控制冷却水控制阀的开闭和流水量大小，可调节暖风机的供热量。

将新鲜的空气送入车内，并排出污浊空气的过程成为通风。空调通风系统可以有效的保证车内空气的新鲜，同时通风也可以对风窗玻璃进行除雾。我国对汽车空调的空气质量已有了严格的标准，要求人均每小时输入的新鲜空气量不少于20。

汽车空调的通风主要有三种方式，自然通风、强制通风与综合通风。

1）自然通风

汽车空调中的外循环系统指的就是自然通风。自然通风是利用汽车行驶过程中车身内外表面产生的风压差，在适当的地方开设通风口，通常进气口设在副驾驶的前方，空气经过空气室盖板后通过车身上的通风口后进入室内，排气口也称泄压口设置在左右侧围钣金上，室内空气从这里流出室外，最终实现在密闭状态下的车内空气的通风换气。当然最自然的通风就是开风窗或天窗。

如下图所示，车身内外壁面上开设进出风口，利用车辆行驶时产生的风压，将外部空气引入车内循环后再排出。

空气的入口设在正压区，出口设在负压区，形成空气的自然流动。进、排口设置必须保证车内空气略有正压，使车内空气压力略高于外界大气压力，防止有害气体进入车内。

2）强制通风

当汽车车速低，或停车时，车身内外表面气压差不足，仅仅依靠自然通风不能保证车内空气的新鲜，此次需要强制通风。强制通风的主要部件是鼓风机，鼓风机工作时，将车外新鲜空气强制送入车厢内，最终实现通风换气。

3）综合通风

综合通风是指汽车上同时采用自然通风和强制通风。目前汽车上基本都是采用综合通风的方式。

空气的清洁与净化是乘客重要的需求，因此汽车空调还必须保证通风过程送入的新鲜空气是健康的，这也就要求汽车空调能够对输入的空气进行净化，这个系统过程也称为空调净化系统。

汽车在公路上行驶时，车外空气中最大的污染是各种悬浮粉尘。悬浮粉尘主要由固体物质破碎形成的固体颗粒、汽车尾气排出的含有CO、CO2、SO2等有害气体、还有各种烟雾、花粉、细菌等组成。而且车内循环空气受到人的活动和工作过程的污染，如人体呼出的CO2、身体散发出的汗味，这些都影响人体的健康，降低了空调的舒适性。

因此，汽车空调净化的目的就是除去这些有害气体及粉尘，使车内保持清洁舒适的空气环境。

汽车空调的净化包括两部分，即室外流入室内的空气净化和室内循环空气的净化。

汽车行驶过程中，粉尘是最大的污染物，空调净化系统对室外空气中粉尘的净化，主要采取过滤除尘和静电除尘两种形式。

1）过滤除尘

过滤除尘实在空调系统的送风和回风口处设置空气滤清装置，主要是对尘埃等颗粒物进行过滤。

2）静电除尘

静电除尘是在空气进口的过滤器后面再设置一套静电除尘装置。静电除尘是利用高压电极产生高压电场，对空气进行电离，使尘粒带电，然后在电场作用下产生定向运动，沉降在正负电极上而实现对空气的过滤除尘。

空调净化系统的去除异味和有毒气体的形式主要有3种，即活性炭、催化反应器和负离子发生器。

1）利用活性炭

利用活性炭去除异味是汽车空调净化系统的主要方法，活性炭能过吸附空气中有毒有气味的成分，如汗臭，烟味和人体发出的各种异味，另外还能吸收有害的氯化物和硫化物。

2）催化反应器

对于室外流入室内的空气中的有毒气体CO，NOX，HC等几乎不起吸附作用，鼓需要另外的催化反应器将这些气体进行净化。其化学反应式为：

3）负离子发生器

空气中含有三类离子，为轻离子、中力子、重离子，这些离子都是带电离子，其中带负电荷的离子称为负离子，负离子对人体健康有利。负离子发生器就是利用电晕放电使空气负离子化的装置，目前高档车这个装置基本都是标配了。