論文題目：變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用學科（專業(yè)）：土木工程摘要隨著人們生活水平的不斷提高，對車載空調控制系統(tǒng)的智能性、運行情況的穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)的合理性都有較高要求。因此，如何對系統(tǒng)進行更加細致的分析，如何對復雜工況進行更加合理的調控，就成了各大汽車制造企業(yè)和科研機構所關注的問題。本課題通過對基于變排量壓縮機的車載空調控制系統(tǒng)進行分析，提出了一種從硬件選型到臺架模擬的整套開發(fā)過程，并且通過實驗驗證了控制系統(tǒng)的快速性、準確性和穩(wěn)定性，使得此控制系統(tǒng)及其研發(fā)流程能得到廣泛的應用。通過對于變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用，能夠更好的將變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用。本文首先對于該課題的研究背景和研究意義進行分析，為本文的研究指明了研究的方向。然后對于汽車空調系統(tǒng)進行概述分析。最后對于變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用進行分析，最后分析了汽車空調系統(tǒng)發(fā)展趨勢進行分析。關鍵詞：變排量；壓縮機；汽車空調論文類型：應用研究目錄TOC\o"1-3"\h\u22182第1章緒論 162201.1選題背景 1162521.2國內外研究文獻綜述 1141951.2.1國外文獻綜述 1125901.2.2國內研究綜述 2247111.3研究內容以及研究方法 3308591.3.1研究內容 328841.3.2研究方法 371642汽車空調概述 4173082.1汽車空調工作原理 4251042.2汽車空調系統(tǒng)組成 578452.2.1制冷系統(tǒng) 5228532.2.2取暖系統(tǒng) 6285992.2.3通風系統(tǒng) 6212742.2.4空氣凈化系統(tǒng) 619792.2.5自動控制系統(tǒng) 652943變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用 7224623.1對于空調系統(tǒng)進行控制 7208683.2CFD優(yōu)化及集成系統(tǒng) 7228473.3自動化空氣質量調控 8269054汽車空調系統(tǒng)發(fā)展趨勢 9291434.1空調壓縮機的發(fā)展趨勢 9262224.2熱交換器發(fā)展方向 9299894.3自動智能化空調系統(tǒng) 9309104.4新能源汽車空調系統(tǒng)發(fā)展趨勢 916170致謝 115869參考文獻 1229307附件： 1319325網(wǎng)絡學院畢業(yè)論文獨創(chuàng)性聲明 13232畢業(yè)論文知識產權權屬聲明 13第1章緒論1.1選題背景汽車空調系統(tǒng)是汽車眾多系統(tǒng)中的一個重要部分，隨著人們對乘車舒適度要求的增加，汽車空調系統(tǒng)性能的提高也逐漸成為科研人員關注的問題。一般汽車空調制冷系統(tǒng)包含有壓縮機、冷凝器、儲液干燥過濾器、膨脹閥及蒸發(fā)器等部件，其中壓縮機又是最核心的部件，壓縮機的性能直接關系到汽車空調系統(tǒng)的優(yōu)劣。空調制冷壓縮機經(jīng)歷了從定排量到變排量的發(fā)展過程，壓縮機的工作方式發(fā)生了變化，壓縮機的性能也得到了巨大的提升。定排量壓縮機的工作排量不變，需要通過離合器來控制壓縮機的啟動和關閉。定排量壓縮機在使用中發(fā)現(xiàn)，由于離合器的間歇性吸合運動造成車內溫度波動幅度較大以及發(fā)動機轉速較高時造成車內蒸發(fā)器結霜等現(xiàn)象，同時因為壓縮機的頻繁啟閉造成空調系統(tǒng)能耗損失過大。與定排量壓縮機不同，變排量壓縮機的工作排量可以根據(jù)空調負載狀況自動調節(jié)，從而更容易實現(xiàn)車內理想溫度。變排量壓縮機的最大特點在于可以通過控制壓縮機的吸氣壓力、排氣壓力和斜盤腔壓力來改變壓縮機的排量。這種排量調節(jié)方式平穩(wěn)連續(xù)，安全可靠，具備較高轉速能力。變排量壓縮機與汽車發(fā)動機之間一直保持連接狀態(tài)，不會因為壓縮機與發(fā)動機之間的周期性離合引起汽車發(fā)動機周期性的負荷變化。變排量壓縮機的連續(xù)性排量調節(jié)方式，使得車內溫度波動幅度較小，提高了車內溫度的舒適性，降低了空調系統(tǒng)的能耗，提高了汽車的燃油經(jīng)濟性。所以對于該課題進行相關的研究，希望本文的研究能夠將變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用1.2國內外研究文獻綜述1.2.1國外文獻綜述JF.Below,DA.Miloslavich（2016）研究了搖板斜盤式壓縮機的斜盤動力學，分析了壓縮機內部零件的受力以及軸承載荷等，并且推導了壓縮機動平衡與配重尺寸和配重位置的數(shù)學關系式。RKJha,SMuthu，SSivakumar介紹了定排量斜盤式雙向活塞壓縮機的設計方法，通過動力學仿真，計算了壓縮機軸承的軸向和徑向載荷以及它們的變化趨勢。文中還通過仿真研究了閥片的壓力損失、摩擦力和阻力矩隨主軸轉角的變化規(guī)律，根據(jù)這些因素對總能量的貢獻比例，預測了曲軸的反抗力矩波動及壓縮機在不同轉速下的能量消耗，并且通過測試數(shù)據(jù)得到了驗證。Kenj、KunihikoTakao等通過對一種新型擺動斜盤式壓縮機的結構和轉子運動學進行分析，研究了壓縮機的動平衡水平，并與己有壓縮機不同斜盤傾角下的動平衡水平進行對比，發(fā)現(xiàn)新型壓縮機的轉子離心慣性力明顯小于己有壓縮機。NicholaosG.Demas和ShuJunWang研究了壓縮機的潤滑方法，通過在壓縮機活塞外表面使用聚合物，發(fā)現(xiàn)PTFE高分子涂層的油膜不會因為活塞腔內的高壓環(huán)境而遭到破壞，從而起到減小活塞、缸壁之間摩擦力的作用，研究結果為壓縮機的磨損和振動噪聲優(yōu)化提供了參考。KazuhikoTakai,ShigemiShimizu等人研究了一種新型7缸擺盤式無極變速壓縮機，有效的解決了傳統(tǒng)壓縮機造成發(fā)動機載荷變化、蒸發(fā)器結霜、車內溫度波動幅度大等問題，文中還對壓縮機的關鍵零部件進行了受力分析。J.A.Becerra,F.J.Jimenez等通過往復式壓縮機曲軸化學成分和系統(tǒng)動力學分析，研究了壓縮機曲軸的失效形式。文中通過建立曲軸的仿真模型，分析計算了曲軸的扭轉動態(tài)引起的應力。NobuhiroHariu等使用有限元軟件計算了壓縮機的固有頻率和模態(tài)振型，并通過仿真分析了非穩(wěn)態(tài)軸承力作用下的壓縮機動態(tài)特性，研究結果為壓縮機的結構優(yōu)化和減振降噪提供了參考。N.Ishii,YAbe等通過變排量壓縮機的運動學分析，研究了壓縮機內部零件之間的慣性力和摩擦力，并指出慣性力和摩擦力對壓縮機運行平穩(wěn)性和耐久性有著顯著的影響。PetersonCavalcante,SvenFarsterlin夢通過建立壓縮機的瞬態(tài)模型，研究了壓縮機的活塞腔、吸氣腔、排氣腔和曲軸箱的壓力變化，并通過模型分析了壓縮機斜盤和活塞的動力學以及零部件之間的摩擦力情況。1.2.2國內研究綜述繆道平、劉才清、丁一鳴等編著了《活塞式制冷壓縮機》，書中以小型活塞式空調壓縮機為例，介紹了壓縮機的工作原理、性能指標計算、結構設計以及零件受力分析等，為活塞式壓縮機的結構設計和動力學計算提供了參考。上海交通大學王屹理論分析了斜盤式壓縮機的運動學和動力學，通過在Adams仿真軟件中建立包含有氣體力的壓縮機仿真模型，研究了空調壓縮機的運動學、動力學、動平衡特性、磨損預測等。袁曉梅、陳芝久以變排量斜盤式壓縮機的結構和運動學分析為基礎，建立了壓縮機的數(shù)學模型，通過控制閥研究了壓縮機的排量控制機理，并指出電動型控制閥相較于氣動控制閥的優(yōu)點。清華大學田長青、廖云飛等通過建立壓縮機斜盤和控制閥的數(shù)學模型，研究了變排量壓縮機的排量控制原理，并分析了不同轉速下活塞行程、制冷劑質量流量等參數(shù)隨壓縮機負荷改變的變化規(guī)律。文中還分析了壓縮機搖板腔與吸氣腔壓力差值對活塞行程變化的影響，計算了壓縮機不同轉速下的零部件慣性力。在考慮摩擦力的情況下，通過主軸、軸套的動力學分析，更加準確的計算了斜盤傾角與氣體力之間的變化關系。同濟大學黃鎖成、靳曉雄等以SE508擺盤式壓縮機為例，在壓縮機的動力學研究中利用頻譜分析、有限元模態(tài)分析和臺架實驗分析相結合的方式，討論分析了壓縮機的振動噪聲問題。通過對SE508擺盤式壓縮機的動力學分析結果進行編程，計算了活塞、連桿及擺盤等零件的受力情況。合肥工業(yè)大學郭來紅研究了搖板式變排量壓縮機擺盤傾角變化的力學原理，并對控制閥內部結構進行了力學分析。文中還介紹了壓縮機制冷量的計算方法，通過實驗對壓縮機的關鍵性能進行了測試。謝金花建立了斜盤式壓縮機的工作數(shù)學模型，分析了壓縮機內油循環(huán)量、轉速、氣腔脈動壓力對壓縮機性能的影響，并設計實驗驗證了模型的準確性。謝飛、王碩淵建立旋轉式壓縮機氣閥的有限元模型，通過編寫熱力學模擬程序和有限元計算程序，研究氣閥的振動特性和應力分布，研究結果為閥片的可靠性設計提供了理論指導。吳建華、侯杰等分析了雙向斜盤式壓縮機的活塞受力隨主軸轉角的變化情況，通過有限元軟件對活塞進行應力分析，發(fā)現(xiàn)活塞的往復直線運動會使活塞中部承受交變載荷并且出現(xiàn)應力集中的狀況，指出增大活塞中部的過渡圓角可以有效改善活塞該部的應力集中。1.3研究內容以及研究方法1.3.1研究內容本文的研究內容主要分為以下幾部分：第一章：對于本文的研究背景和研究意義進行分析，為本文的研究指明了研究的方向。第二章：對于汽車空調系統(tǒng)進行分析概述。第三章：變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用。第四章：最后分析了汽車空調系統(tǒng)發(fā)展趨勢。1.3.2研究方法本文研究采用文獻分析法：通過對既有的文獻的匯總梳理，明晰了相關文獻的研究框架、思路和研究的主要方法、內容，理清了本文的研究思路、研究方向和要創(chuàng)新的地方。2汽車空調概述2.1汽車空調工作原理新能源汽車空調系統(tǒng)組成及工作原理新能源汽車空調系統(tǒng)由空調壓縮機、空調驅動電機、空調風管總成、空調管路總成、冷凝器、空調控制面板及相關傳感器等組成。新能源汽車空調采取電力驅動空調壓縮機，空調壓縮機由高壓電動機驅動，不再由發(fā)動機皮帶帶動壓縮機工作。在暖風形式上，新能源汽車沒有由內燃機產生70℃以上的冷卻液的熱量來源，而要采用電加熱方式產生暖風。電加熱有兩種方式：一種是通過高壓加熱類似傳統(tǒng)空調與暖風系統(tǒng)中的冷卻液，再經(jīng)過循環(huán)為暖風水箱提供熱量，如圖1所示。另一種是直接通過高壓電驅動PTC加熱器來加熱經(jīng)過蒸發(fā)箱的空氣實現(xiàn)暖風。PTC加熱器是正溫度系數(shù)熱敏電阻，是制造熱源的主要來源，PTC最大的優(yōu)勢就是發(fā)熱速度快，溫度高且可控，使用方便，安裝在暖風蒸發(fā)箱總成內部。空調壓縮機是三相永磁同步直流電動機，由變頻器將電池提供的直流電轉換成交流電，向三相永磁同步電機供電，驅動汽車空調壓縮機工作，如圖2所示。圖1高壓加熱冷卻再制暖方式圖2電驅動空調壓縮機新能源汽車空調通過空調控制器接收到各傳感器的信號，如溫度傳感器、面板控制開關信號等，通過主控ECU計算，控制空調驅動電機，從而控制空調壓縮機、PTC加熱器是否工作從而控制出風模式，新能源汽車空調控制原理如圖3所示。圖3汽車空調控制原理新能源汽車空調制熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車制熱方式不一樣，新能源汽車空調制熱系統(tǒng)包括空調ECU、陽光傳感器、車內外溫度傳感器、速度傳感器、控制開關信號、空調電源，DCDC轉換器、驅動電動機、PTC加熱元件等，其空調控制系統(tǒng)結構如圖4所示。PTC加熱器受空調ECU的控制，直接由高壓電源供電，ECU根據(jù)陽光傳感器、車內外溫度傳感器、速度傳感器、控制開關信號等計算，根據(jù)不同要求，實現(xiàn)對PTC加熱器控制，從而控制空調暖風系統(tǒng)。圖4空調控制系統(tǒng)結構圖2.2汽車空調系統(tǒng)組成2.2.1制冷系統(tǒng)汽車空調中的制冷系統(tǒng)，其功能就是給汽車內部提供冷空氣，制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥以及蒸發(fā)器組成。制冷系統(tǒng)工作時，首先是壓縮機對空氣進行壓縮，然后使其通過蒸發(fā)器，空氣通過蒸發(fā)器時，制冷劑會揮發(fā)從而吸收大量的熱，使得吹的為冷風，達到降低車內溫度的作用。在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器的溫度要低于空氣露點溫度，可以說在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器就是整個系統(tǒng)的冷源。當然制冷系統(tǒng)不僅僅是制冷的功能，同時還負責汽車內部的空氣凈化以及除濕，是整個汽車空調的重要組成部分。2.2.2取暖系統(tǒng)所謂取暖系統(tǒng)，其主要作用就是負責向車內提供暖風。其工作原理就是將空氣通入到暖風水箱中，然后再由鼓風機將水箱中的熱空氣吹進車內，達到取暖的目的。另外像檔風玻璃以及車窗上的霧氣和霜都可以利用暖風系統(tǒng)除去。2.2.3通風系統(tǒng)通風系統(tǒng)就是為車內提供混合風的裝置，由送風道和風門等部件構成。通風系統(tǒng)主要是將車內的空氣和車外的空氣進行調節(jié)，經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻除濕后，再根據(jù)風速以及風力的大小要求將其送入車內。2.2.4空氣凈化系統(tǒng)空氣凈化系統(tǒng)的主要作用就是排除汽車內部的污染氣體，凈化車內環(huán)境。空氣凈化系統(tǒng)一般是由空氣過濾器、電子集塵器以及陰離子發(fā)生器構成。2.2.5自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)主要作用是控制空調，其具體作用就是可以調節(jié)制冷或者制熱的溫度，此外該系統(tǒng)還能夠測量以及控制汽車內部的溫度、風量等參數(shù)。自動控制系統(tǒng)是由傳感器、控制中樞以及執(zhí)行器三部分組成，而傳感器又分為溫度傳感器、日照強度傳感器以及風門位置傳感器等。控制中樞有電子放大器、電橋比較計算器、ECU3種。電磁閥、真空轉換器等都屬于對中心控制系統(tǒng)的命令進行執(zhí)行的元件。3變排量壓縮機在汽車空調系統(tǒng)中的應用3.1對于空調系統(tǒng)進行控制EVDC在自動空調系統(tǒng)中的控制要求主要是為了滿足EVDC的正常工作，即既要滿足整車制冷性能的要求，也要起到保護壓縮機的作用，同時在節(jié)能效力方面做到最優(yōu)，而這些都是通過整車的標定工作來完成的。首先我們來看整車對EVDC的保護控制。環(huán)境溫度，是自動空調系統(tǒng)重要的外部輸入?yún)?shù)，環(huán)境溫度的控制策略一般可以這樣設定:如環(huán)境溫度為-3攝氏度時，可以關閉控制閥電流，使得壓縮機停止工作，而當環(huán)境溫度回復到0攝氏度允許重新打開控制閥電流。這樣可以幫助系統(tǒng)判斷是否有必要開啟壓縮機，同時也能防止壓縮機出現(xiàn)液擊等失效模式，有效的保護壓縮機。2)轉速保護，依據(jù)不同廠家生產的EVDC特性有所不同，一般來說EVDC的轉速要求在最小轉速600r/min到最大連續(xù)轉速要求9500r/min之間，且斷續(xù)最大轉速要求可達10500r/min。如果整車發(fā)動機在超過一定得轉速情況下，EVDC可運行斷開離合器或排量減為最小值的控制3)排量調節(jié)保護，正常工作情況下，EVDC名義吸氣壓力控制范圍可設定為2.0barabs(0.75A)-4.45barabs(0.26A)括號內為控制電流電量，這是與壓縮機電控閥特性相關的。當壓縮機在開啟狀態(tài)下，控制閥有一定的電流保護策略，當壓縮機轉速提升，最大控制閥電流將被限制在一定的控制曲線中，來保護壓縮機耐久性，例如在壓縮機轉速大于3000r/min時，會適當減小控制閥電流，來確保壓縮機在高轉速下不會大排量工作，減小壓縮機高速工作負荷，這樣可以有效的提升壓縮機耐久性能。3.2CFD優(yōu)化及集成系統(tǒng)設計人員為了了解風道內部結構對風量分配以及送風量的影響，一般都是采用CFD軟件對風道內部的壓力場進行模擬仿真試驗，而且為了準確的獲得人體在汽車內部空間各類信息，在仿真試驗時還會在車內加入等比例的人體仿真模型，通過采集人體仿真模型中的各項參數(shù)來獲得汽車內部環(huán)境中的通風性能，進而進一步修正汽車空調系統(tǒng)中的某些特定的參數(shù)，這樣不僅可以縮小研究人員的研究范圍，減少研發(fā)時間，而且可以有效提高汽車空調技術的更新速度。另外，汽車經(jīng)過CFD軟件優(yōu)化后，還可以為HVAC和汽車儀表板的集成提供數(shù)據(jù)支持，不僅提高了性能，同時還節(jié)省了汽車內部空間。3.3自動化空氣質量調控在新型的汽車空調智能調控系統(tǒng)中，主要是采用的內循環(huán)智能動態(tài)調控方式，通過空調系統(tǒng)中的空氣質量污染傳感器搜集外界空氣樣品，當傳感器在運行時檢測到外部環(huán)境中有CO、NO2等污染氣體時，汽車的空調系統(tǒng)會自動的切換到內循環(huán)模式，不與外界空氣進行對流，從而實現(xiàn)了隔離有毒氣體的目的，以保證駕駛員和乘車人員的安全。而且自動智能內循環(huán)系統(tǒng)中，還有香味傳播器，駕駛人員可以選擇自己喜歡的香味劑，不僅保證了汽車內部空氣的清新，還使得駕駛人員身心愉悅。此外，在此空調系統(tǒng)中，設計人員還在蒸發(fā)器和暖風機箱的殼體內部添加了光催化劑（TiO2），使得空氣經(jīng)過光催化作用，有效的去除了車內空氣中的有毒有害氣體，同時還能起到消毒殺菌的功能。根據(jù)實驗表明，該系統(tǒng)具有很強的空氣凈化作用，其運行6分鐘后，就可以去除車內空氣中70%以上的甲苯，自動化空氣質量調控系統(tǒng)的進一步研究發(fā)展和應用，將使得汽車內部更加個性化和舒適化。4汽車空調系統(tǒng)發(fā)展趨勢4.1空調壓縮機的發(fā)展趨勢隨著人們對于環(huán)境要求的提高，汽車空氣壓縮機要逐漸向著節(jié)能降耗方向發(fā)展，而渦旋式壓縮機的氣流脈動較小、壓力損失也相對較低，且具有氣動性能好，運轉平穩(wěn)等特點，因此是很好的選擇。另外隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，尤其是高轉速功耗控制、排量動態(tài)可變也將成為壓縮機的重點研究方向。4.2熱交換器發(fā)展方向在未來熱交換器發(fā)展過程中，主要是向著提高換熱比、降低熱阻以及減少體積和重量等方向發(fā)展，當然提高單位體積傳熱面積也是重點研究內容之一。除此之外，提高冷凝器和蒸發(fā)器的熱換效率也是未來的發(fā)展方向之一，如何尋找出一種制冷系數(shù)高而且溫室效