汽车空调HV AC结构设计作者:蔡成龙单位:芜湖博耐尔汽车电气系统有限公司序:首先感激潘总给于我过开展Benchmark工作的机会，才有此HVAC结构设计的一点心得。
同时感谢博耐尔相关同事五年来的相互合作，给我人生一点美好回忆。
目录第1章HVAC介绍 (4)1.1 术语 (4)第2章HVAC 设计规范 (5)2.1．HVAC结构设计 (5)2.1.1各种HVAC一览 (5)2.1.2单区/多区HVAC (7)2.1.3多区HVAC的关键结构的设计因素 (8)2.1.4 HVAC 的噪音控制 (9)2.2加热功能 (10)2.2.1加热器芯的选择 (10)2.2.2 加热器芯在HVAC中的位置 (12)2.2.3 加热器芯与HVAC壳体的配合 (14)2.2.4 PTC 的选择 (14)2.2.5 PTC 在HVAC 中的装配位置 (15)2.3制冷功能 (17)2.3.1 蒸发器的选择 (17)2.3.2 蒸发器在HVAC中的位置 (17)2.4 进气与吹风功能 (20)2.4.1进气装置 (20)2.4.2鼓风装置 (22)2.5空气净化功能 (25)2.6空气混合与分发功能 (26)2.6.1混合功能 (26)2.6.2分发功能 (27)2.7运动机构 (29)2.7.1运动机构设计要素 (29)第3章HVAC主要功能评价试验及方法 (31)3.1试验准备和试验台架 (31)3.2风量试验 (32)3.3风量分配试验 (32)3.4温度平衡试验 (34)3.5蒸发器芯体换热性能试验 (35)3.6加热器芯体换热性能试验 (37)第4章其他设计要素 (38)4.1塑料壳体的装配 (38)4.2紧固件的选择与标准化 (41)4.3鼓风电机与微电机 (41)4.4温度传感器 (41)4.5 HVAC用非金属材料 (43)4.6材料的可回收与环保 (43)第1章HVAC介绍1.1 术语HVAC: 是英文Heating Ventilating Air Conditioning的缩写，即采暖，通风与空调；指安装在仪表板下具有加热、通风、空气调节功能的单元，包含鼓风机总成、加热器芯体、蒸发器芯体、混合风门、模式风门等主要部件。
AC loop：制冷系统，主要功能是冷却和干燥通过蒸发器的空气R134a：在AC loop中使用的制冷剂（C2H2F4）LP：连接蒸发器与压缩机管路中的低压HP：连接冷凝器与膨胀阀管路中的高压GMV：鼓风机Flash air：来自车厢外的空气（外循环）Recirculation：来自车厢内的空气（内循环）TXV：Thermal Expansion Valve,膨胀阀VFC：Vent Full Cold，全冷吹面VFH：Vent Full Hot，全热吹面FFC：Feet Full Cold，全冷吹脚FFH：Feet Full Hot，全热吹脚DFC：Defrost Full Cold，全冷除霜DFH：Defrost Full Hot，全热除霜第2章HVAC 设计规范2.1．HVAC结构设计设计一个HVAC就像搭积木一样,将进气单元,鼓风单元,空气净化单元,制热单元,制冷单元,分发单元按照一定的规则组合在一起。
图 1随着汽车工业不断发展，如今HVAC的设计需要满足以下的要求：●便于更小的包装●产生更高的制冷、制热能力●更多的新功能●更轻的重量●当然，还有更低的成本选择或设计一款合适的HVAC是一项综合性很强的工作，最好的方法是综合全球当前所有的设计，以下是一些HVAC的例子。
2.1.1各种HVAC一览●已经得到应用的HVAC图 2●处于开发阶段的，即将得到应用的HVAC图 3●处于概念阶段的HVAC图 4如此众多的HVAC，如何选择或设计一款最符合自己的HVAC？我们需要综合以下几点来参考:●可靠性（是否采用标准设计，热力性能是否稳定，运动机构是否合理）●新颖性（是否有3个以上新专利的运用）●高性能（较低的空气压降，高性能的热交换器，稳定的温度控制性能，理想的排水系统） ●灵活性（模块化设计，能在不同车型可以同时应用）●经济性（采用标准零部件，适应容易简单的工艺，少量的投资，尽量使用较少、较轻的零件）2.1.2单区/多区HVACHVAC按照结构分，可以分为单区空调和多区空调。
单区空调指的是只能将车内环境作为一个整体来调节，如奔腾B50车型；而多区可以将驾驶舱分为主驾驶区间，副驾驶区间，后排左乘客区间，后排右乘客区间,并单独进行环境空气调节。
多区中包含2区，指的是主、副驾驶区间，如马自达-睿翼；3区，指的是除主、副驾驶区间外，将整个后排乘客区间作为一个整体，如丰田大霸王；4区，指的是主、副驾驶区间，以及后排左、右乘客区间，如红旗检阅车。
图 6 图 5一个单一紧凑型的HVAC 怎样才能做到多区控制呢？如一个3区或4区空调，必须具有左、右；前、后的空气分发功能，同时也应具备左/右，前/后温度调节功能，这就意味着要求针对不同区具有独立的模式运动机构和空气混合运动机构。
如下图：图 72.1.3多区HVAC 的关键结构的设计因素首先考虑的是乘客的安全因素，尤其要保证有一定量的风吹到汽车挡风玻璃上并能得到足够来自加热器的热量，另外要有稳定的舒适性，这就要求前后的混合风门以及前后的分发风门设计的位置要合理，以达到各自区间相互的温度不受干扰，否则就达不到分区控制的目的，如下图。
图 9图 82.1.4 HVAC 的噪音控制一个HVAC的结构直接对其产生的噪音的大小等级产生影响，随着汽车市场不断的发展，客户对噪音的要求越来越高，目前市场的HVAC在整车上的噪音控制在62分贝到66分贝，而今后的发展趋势是到2012年能控制其噪音在55分贝的水平，并且能保证HVAC单体与装车状态的噪音水平相当。
一个合理的设计能降低噪音的水平或避免噪音的产生，为了减少噪音以下设计要素需要遵循：●将进气口设计在发动机舱内●将过滤器设置在进气口●将循环进气口设置在汽车防火墙内●将鼓风机设置在汽车的一侧，而不是设置在中间，以避免与驾驶舱发生共振●在循环进气口设置防噪音的罩子●换热器不能直接暴露在出风口外另外，多区空调的结构有利于减少噪音，因为此结构减少了共振的几率；多出风口的结构能减少噪音；低风速也是减少噪音的一个很重要的因素（不要超过7m/s）；鼓风机的选择相当重要，选择一款鼓风机不仅要看所要求的风量，还要看其噪音水平，一个静音水平高的鼓风机将减少HVAC许多噪音问题；选择静音水平高的微电机也是减少噪音的方法；空气流动方向与换热器面的夹角也会影响噪音的大小，这个角度不允许超过60o。
2.2加热功能目前一般轿车用加热器是利用从发动机来的高温冷却水的热量与其周围空气进行热交换而达到制热效果，也有为了加大制热量而增加电辅助加热器。
加热器芯按照结构划分可以分为管片式加热器、全铝制钎焊平行流式加热器，目前市场大多采用管片式和平行流式。
管片式加热器芯采用多根U-型圆形铝管穿过一层层铝片，经过胀型，装配水槽（一般是塑料材料）等工序加工而成，平行流式加热器是采用多根平行的铝扁管，扁管之间镶嵌百叶窗蛇形翅片，装配好水槽（铝合金材料）后进行钎焊等工序加工而成。
管片式加热器芯加工工艺及设备简单，其在国内是一种很成熟的产品，而全铝制钎焊平行流式加热器加工工艺复杂，相关技术要求很高，目前很少有国内本土空调厂家生产这种加热器，主要依赖进口，如日本的Denso，美国的德尔福，法国的法雷奥，德国贝洱等汽车零部件供应商都具备设计，生产此种加热器的能力。
这两种加热器相比较，平行流式加热器具有更高的换热性能，在同样外部条件下，同等散热体积的平行流式加热器要比管片式加热器制热能力高出25%-40%。
在以后的发展中，全铝制钎焊平行流式将会逐渐取代管片式加热器。
图 10 上海贝洱公司生产的全铝制钎焊平行流式加热器芯2.2.1加热器芯的选择根据冷却水的流向可以将加热器芯分为U型加热器、I型加热器、交叉型加热器。
这3中类型的加热器在温度特性上各有不同，U型加热器在这3款加热器中加热均匀性是最差的，不利于双区HVAC的应用；I型加热器加热均匀性同样也不理想，但加热器两边的温差还是比较均匀的，在HVAC中其安放位置要特别注意，不适合做3区空调用；交叉型加热器芯具有最好的温度均匀性，几乎可以用于任何形式的HVAC，以下是3种加热器芯的热力分布图。
图 11图 12图 132.2.2 加热器芯在HVAC中的位置在使用不同类型加热器的时候，加热器在HVAC中放置的位置有相应的规则需要遵循 1．如果使用交叉型的加热器时，空气必须从加热器最冷的一面进，从加热器最热的一面出，如果反过来，就会发生本来被加热的空气热量被加热器最冷的一面吸收一部分，加热性能会减少5-6%。
2．如果使用I型加热器芯，根据其热力特性应该使其芯体左右相对于HVAC左右放置，这样两边的温度差将受到的影响很少，一般左右两边的温度差在2℃左右，如果不利用这个特性，将其位置相对HVAC成90o，则HVAC左右最大温差将达到10℃。
3．如果在3区或4区空凋中使用I型加热器芯，则分区挡板应该应该平行于扁管，垂直于加热器芯表面，如下图：图 14 Audi B8-4 zones HVAC4．热空气流道设计使其风速能够达到7-10m/s,如图15中S为最小热空气流道截面，这个截面大小的设计就要考虑到使风速能在7-10m/s的范围之内，当然还要考虑到风门的厚度，大小等因素。
D最少要大于40mm，以保证有足够的风量进入加热器芯。
图 155．热空气流道的设计应尽可能地减少压降，并且尽可能地靠经冷空气的流道，避免风道180o 转向以及避免过长的风道，如图16、17：图 16 BMW PL2图 17 CAP 20032.2.3 加热器芯与HVAC壳体的配合图 18图 192.2.4 PTC 的选择有的时候为了进一步提高HVAC制热量，而加热器芯无法满足制热量的要求，我们可以选择电加热器（PTC）来进行辅助加热。
电加热器的种类很多，如下给出几种规格的PTC。
图 202.2.5 PTC 在HVAC 中的装配位置PTC必须放置在加热器芯的后面，否则会将PTC的热能传递给加热器芯，降低整体制热性能，如图20。
图 21PTC与加热器芯之间的距离应该大于4mm，可以与加热器芯成一定的角度，以改善空气流量，但角度不能太大，应限制在0o-10o之间，当PTC很小，同时要改善压力降时，应循循下图22所示放置方式，不能采用第一个示意放置方式，因为这样可能会产生涡流。
图 22PTC的功耗不能太大，以PSA集团为例，其规定的功耗不能超过1000W，并且要求经过PTC 时风量不小于250kg/h,图23是PSA X7空调PTC的性能曲线图。