汽车空调

汽车空调系统，是汽车上安装的一套车内环境控制系统，有通风、制冷、采暖、过滤空气、除霜、除雾等功能。该系统主要由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器、连接管路、通风系统和控制系统所组成。

## 历史

1933年，美国纽约市的一家公司首次开始为汽车提供安装冷气（空调）的服务。他们的大多数客户都是豪华轿车和高级房车的车主。

1935年10月7日，纽约州水牛城侯德工程公司（Houde Engineering）的拉尔夫·皮奥（Ralph Peo）申请了一项“汽车空气冷却装置”的专利。该申请于 1937 年11月16日获得批准，专利号为美国专利第2,099,227号。

<image>

1939年，帕卡德（Packard）汽车公司成为第一家在1940年车款中提供“选配”冷气装置的汽车制造商。这些体积庞大的冷气系统是由俄亥俄州克里夫兰的毕晓普与巴布科克公司（Bishop and Babcock，简称B&B）所制造，当时大约有2,000辆车订购了这项配置。这款名为“毕晓普与巴布科克气候调节系统”的装置同时也整合了暖气功能。当时订购这项选配的车辆，会先从帕卡德位于东大林荫大道（East Grand Boulevard）的工厂出厂，运送到 B&B 的工厂进行冷气安装。安装完成后，车辆才会被运送到当地的经销商，最终交付给客户。

帕卡德为这项改装提供了保修与技术支持。然而，它在商业上并未取得成功，原因如下：

· 主蒸发器和鼓风机系统占用了高达一半的行李箱空间（尽管随着战后时期行李箱空间的增大，这个问题变得没那么严重了）。

· 它在战后几年被更高效的系统所取代。

· 除了关闭鼓风机外，它没有温控器（恒温器）或任何关闭机制。（由于传动皮带与压缩机是持续连接的，只要车辆行驶，冷空气有时仍会进入车内——后来的系统采用了电控离合器来避免这种情况）。

· 在发动机舱与行李箱之间来回延伸数英尺长的管路，在实际使用中被证明不够可靠。

· 其售价高达274美元（相当于2025年的6,342美元），对于大萧条及二战前时期的多数美国人来说是无法负担的。

· 该选配项目在1941年后停产。

### 克莱斯勒艾尔坦普

继帕卡德在1940年以及凯迪拉克在1941年进行了尝试性实验之后，1953年的克莱斯勒帝王成为十二年来首批将现代汽车空调作为选配项目的量产车之一。沃尔特·克莱斯勒曾在20世纪30年代为克莱斯勒大厦发明了艾尔坦普空调系统，并曾于1941至1942年间在汽车上提供该配置，随后在1951至1952年间再次推出。

到1953年，艾尔坦普已经比竞争对手的汽车空调更加先进。它仅由仪表盘上一个标有低、中和高档位的单一开关来控制。作为当时制冷量最高的汽车空调，该系统能够迅速冷却车厢，同时还能降低湿度、减少灰尘、花粉和烟草烟雾。与同时代的系统相比，该系统能引入更多的外部新鲜空气，从而减少了当时汽车空调常有的沉闷感。它没有像通用汽车那样在后车窗置物架上安装塑料风管，而是通过微型管道将冷空气导向车顶，使冷气在乘客周围缓慢沉降，而不是直接对着人吹——这项优秀的设计在现代汽车上已经失传了。

1953年，凯迪拉克、别克和奥兹摩比都将空调作为其部分车型的选配项目。所有这些由富及第（Frigidaire）制造的空调系统，都采用了发动机舱与行李舱分离安装的部件结构。

### 纳什整合式系统

<image>

1954年，纳什大使（Nash Ambassador）成为第一辆配备前置、全整合式暖通空调系统的美国汽车。纳什-凯文奈特公司利用其在制冷领域的丰富经验，为其纳什车型推出了汽车工业首款紧凑且经济实惠的单体式暖通空调选配系统。这是第一款配备仪表盘控制键和电控离合器的大众市场空调系统。该系统同时具备紧凑与易于维修的特点，其所有部件均安装在引擎盖下方或挡风玻璃下侧的前围板区域。

新款纳什汽车的空调系统集暖气、制冷与通风于一体，被命名为全气候之眼。该命名沿袭了纳什自1938年开始启用的汽车暖通空调系统的营销名称—气象之眼。凭借单一的恒温控制键，这款纳什车厢选配的空调系统成为了一套“优秀且极其廉价”的系统。系统产生的冷气会通过安装在仪表盘上的出风口进入车厢。纳什的“显著进步”不仅在于这套“先进的”一体化系统，更在于其345美元的售价，这一价格击败了当时所有其他的空调系统。

大多数竞争对手的系统都采用独立的暖气系统和安装在发动机上的压缩机（由发动机曲轴通过皮带驱动），并将蒸发器安装在汽车后备箱中，通过后座置物板和车顶出风口输送冷气。通用汽车在1954年款搭载直列八缸发动机的庞蒂克（Pontiac）汽车上，推出了由其夏利逊部门（Harrison Division）制造的前置式空调系统。该系统价格非常昂贵，且并非完全与供暖一体化的系统，具有单独的控制键和分配空气的风管。供暖系统仍为独立的座椅通风系统或前排座椅下方系统，并配有自己的控制键。而由纳什首创的一体化交替使用布局则“成为了行业惯例，并继续构成现代先进汽车自动气候控制系统的基础”。

### 应用增长

这项创新技术迅速得到普及。到1960年，美国约有20%的汽车配备了空调，而在气候炎热的西南部地区，这一比例更是高达80%。

凯迪拉克在1964年款车型上推出了业界首款“舒适控制系统”，这是一个完全自动化的暖气与冷气系统，用户只需通过刻度盘式恒温控制器即可进行设定。

美国汽车公司( AMC)从1964年款车型开始，将空调列为所有AMC大使车型的标准配置，这在当时大众汽车市场是一项创新举措。在那个时期，空调仅在凯迪拉克豪华轿车和劳斯莱斯上才是标准配置。

到1969年，高达54%的美国本土生产的汽车都配备了空调。这一配置不仅是为了乘客的舒适体验，同时也是为了提升汽车的二手转售价值。

汽车空调自1980年代开始在美国广泛投入使用，而在其他地区的普及速度则相对较慢。到1990年，在欧洲售出的汽车中，配备空调的车辆还不足8%。

### 蒸发式冷却

<image>

车用冷却器是一种汽车蒸发式冷却器，有时也被称为“湿帘式冷却器”。大多数这类设备都是价格相对低廉的售后加装配件，其结构通常为一个安装在车窗外部、不含活动部件的金属圆筒；不过，市场上也有提供安装在仪表盘下方或车地板中央、带有电风扇的车内机型。它是早期汽车空调的一种类型，而如今依赖制冷剂系统（压缩机制冷）来冷却车内空间的现代汽车已不再使用这种设备。

它利用潜热（换句话说，即通过水蒸发来冷却）来降低空气温度。冷却器内部的液态水蒸发时，会在该过程中吸收并转移周围空气的热量。随后，这种凉爽且富含水分的空气会被导入汽车内部。这种蒸发“冷却”的效果会随着环境相对湿度的增加而减弱。因此，环境湿度越低（例如在干燥的沙漠地区），该系统的运作效果就越好。车用冷却器曾非常受欢迎，特别是在夏季前往或穿越美国西南部各州（包括加利福尼亚州、亚利桑那州、德克萨斯州、新墨西哥州和内华达州）的游客当中。

## 运行原理

在制冷循环中，热量会从车厢内被输送到外部环境中，这与冰箱将热量从内部移出并排放到周围环境中的原理是类似的。

<image>

从蒸发器流出的制冷剂气体（在流经整个系统时，也会一并带走压缩机的润滑油）会进入通常位于发动机舱内的制冷压缩机。这里通常采用轴向活塞泵式压缩机，它会将制冷剂气体压缩至更高的压力，从而也导致其温度升高。这种高温、高压的制冷剂蒸气此时已达到了可以被冷凝的温度和压力，随后会被导入冷凝器中。冷凝器通常安装在汽车散热水箱的前方，作为首要的排热部件，并充分利用汽车行驶时的车速。在这里，流经冷凝器表面的空气（这些空气源于车辆的行进，或来自风扇——如果冷凝器安装在散热水箱上，通常会共用冷却水箱的风扇，并在车辆静止或低速行驶时自动开启）会为制冷剂降温，使其冷凝成液体。这样循环运行的制冷剂便将车厢内部的热量排出，并由经过冷凝器的空气将这些热量带走、释放到外部环境中。

<image>

在热力膨胀阀空调系统中，高压液态冷媒接下来会被输送到储液干燥器，也就是一个单向的干燥过滤筒，它既能为冷媒与润滑油的混合物进行脱水，以去除系统中残留的任何水分（这些水分若未在充注过程前的抽真空作业中成功清除，会在膨胀阀内部结冰并进而导致堵塞），又能对其进行过滤以去除混合物所携带的任何固体微粒；此外储液干燥器在低负荷期间还能充当多余冷媒的储存容器。然后冷媒流经热力膨胀阀，在此经历压力的骤降。该压力降低会导致部分液态冷媒发生闪蒸，从而降低其温度。随后，低温冷媒会被导向车厢内的蒸发器盘管。

当膨胀装置为简单的固定孔板时，储液干燥器会改为设置在蒸发器出口与压缩机之间，在此情况下，它被称为低压储液罐。在这种汽车空调系统中，储液罐还能在低制冷需求期间，防止液态冷媒流入压缩机。

经过汽车冷气滤网后的空气，会由一个可调速的鼓风机吹向蒸发器。这使得低温冷媒蒸发，进一步降低了蒸发器的温度。因此，热空气会被冷却，同时去除其中的湿气，水分会凝结在蒸发器盘管上并排出车外。随后，这股冷空气会通过热交换器（内有发动机冷却循环液），在此处空气可以被重新加热到某个程度，甚至达到使用者所设定的特定温度，最后通过一组可调式出风口送入车厢内。另一种调节空气温度的方法是通过影响系统的制冷能力来达成，就是精确调节离心风扇的转速，让蒸发器只冷却必要的空气流量。此外，使用者还可以选择开启内循环模式来关闭车辆的新风挡板，将车内已经冷却的空气重新送回蒸发器进行循环，从而达到更快、更强的冷却效果。最后，只要压缩机具备可变排量的功能，系统也能透过调整压缩机的排量，来达到控制出风口温度的目的。

蒸发器结冰会导致空气无法流过蒸发器散热片，可以通过不同的方法来防止这一现象。可以利用温度开关或热敏电阻来监控蒸发器盘管的表面温度。也可以利用压力开关或感温元件来监控吸气压力（该压力与制冷剂的蒸发温度直接相关）。这两种控制手段都可以作用于压缩机离合器的接合状态；或者在采用可变排量压缩机的情况下，改变其排量。此外，位于吸气侧的辅助阀也可以对制冷剂流量进行节流，从而确保系统运行期间蒸发器的出口压力不会低于某一特定值。

为了完成制冷循环，气态制冷剂会被输送回压缩机中。到达蒸发器的空气温度越高，从中排出的气液混合物的压力就越高，因此压缩机为了维持制冷剂在系统中的循环所承受的负荷就越大，进而导致发动机的负荷也随之增大。此外，压缩机负荷与冷凝温度也成正比。

压缩机可以由汽车发动机驱动（例如通过皮带，通常是蛇形皮带，并配合电磁离合器进行驱动；此外，电控变排量压缩机也可以始终由皮带直接驱动，完全不需要任何离合器和电磁铁），或者由电动机驱动。

为了确保制冷循环的正常运行，有多种不同的管道连接修复与维护方法。传统的焊接或钎焊方法不仅耗时，还会带来破坏性的污垢问题。而基于压接接头的洛克环连接技术操作简便，因此更加高效省时。

## 保养、卫生与清洁

### 制冷剂

汽车空调系统需要特殊的维护。通常情况下，制冷剂的自然损耗量很小，不会产生影响。但每隔二到四年，就应该对系统进行一次全面检查，看是否存在泄漏或损耗；至少在发现制冷效果下降时，必须进行检查。

### 卫生控制

汽车空调系统中的生物滋生只能在有限的时间内被抑制，因此必须定期采取卫生防护措施。德国工程师协会（VDI）的VDI 6032标准针对车载空调系统的最新卫生保养技术提供了全面概述。一次定期且专业的汽车空调系统卫生检查包括：检查冷凝水排水管路、每年清洗一次空调蒸发器，以及更换车内空气滤清器（空调滤芯/花粉滤清器）。特别是必须确保空调蒸发器的冷凝水能够顺畅排出，否则水分会滞留在系统内部，从而为微生物的滋生提供了温床。

由于其物理结构特性，汽车空调蒸发器所具有的冷凝水强制分离功能在健康与卫生方面发挥着极其重要的作用。因此，必须定期对空调蒸发器进行清洁，以确保其中断蒸发器表面的生物繁殖，并安全去除积聚在翅片上的细菌分解产物（内毒素）以及霉菌代谢产物（霉菌毒素）。

### 卫生级空调清洁

<image>

定期对车辆通风系统进行卫生清洁，不仅在逻辑上完全合理，也是德国工程师协会在VDI 6032技术指南与标准中所明文规范的。灰尘、（动物）毛发和/或霉菌、皮屑等微粒会残留在滤网及周围的壁面上。这会使空调系统迅速变成脏污与病菌的散播源。在定期保养中仅更换空调系统的空气滤网是远远不够的。最迟每 24 个月，必须对滤网盒进行专业清洁，并使用不含香精（过敏原）的清洁剂对空调系统蒸发器进行卫生且有效的冲洗。通过符合现行最新技术的专业空调系统清洁，霉菌、病菌、细菌以及其他会产生异味的物质或沉积物，都能在源头处被彻底冲洗干净。这是确保车内达到所需室内空气卫生标准的唯一方法。此外，选择经过认证的清洁剂和方法也至关重要。VDI在修订的VDI 6032空调系统清洁标准中，对此也有明确的说明。采用此方法时，会通过探针注入清洁液，对空调蒸发器进行全面的冲洗。冲洗后的蒸发器将如同新零件般干净，且完全没有任何会形成培养基的沉积物或物质。唯有结合“机械式清洁”与“清洁剂”，才能确保清洁效果。与此同时，若未妥善清洁,驾驶员与所有乘客都将暴露于隐形的健康风险之中。“为了达到有益健康的送风品质，必须定期对空调系统进行……专业的……清洁。”

### 空气滤网面临的挑战

<image>

若没有定期更换（每年一到两次）空气滤网，其外观通常就会像图中所示，会成为滋生病菌的温床，尤其是霉菌。花粉在滤网中停留达 12 周内便会开始分解，而这个分解过程会释放出其核心的过敏原。这些过敏原的微粒尺寸非常小，是花粉滤网无法有效阻挡的。当气流通过花粉滤网时，会导致车内空气质量变得越来越差。特别是那些长期使用且严重超载的滤网，会产生小于滤网过滤效能的微粒。这些微生物、花粉、病菌和细菌的微粒会穿透滤网的干净空气侧，直接释放到汽车冷气系统蒸发器的潮湿表面环境中。因此，冷气蒸发器每年也应该安排一次专业的清洗。

### 汽车冷气蒸发器面临的挑战

<image>

同样的道理也适用于未定期接受专业清洗的冷气蒸发器。细菌同样会在蒸发器表面沉积，并由于该部件持续保持潮湿，进而导致生物不断滋生。如果对蒸发器清洗不当或使用不合适的清洁剂，也会引发卫生问题。过于强烈的清洁剂会损害蒸发器翅片的保护涂层，这可能会改变冷凝水的滴落角度，并增加蒸发器上的排水量。其结果会导致带有细菌污染的冷凝水流向错误，并积聚在冷气系统内意想不到的地方。

车主必须亲自确保，车厂在进行保养检查或即将更换空气滤网时，有没有采用德国工程师协会（VDI）所推荐的化学机械工法，对冷气系统进行卫生清洁。由于上述方法在日常修车厂实务中尚未普及，目前所谓的“一键式喷雾罐”（快干式冷气抗菌除臭剂）正大受欢迎。这不仅仅是因为瓶身印有“冷气清洁剂”的字样。这类喷雾罐的喷出物质只会随机散布在车厢内并沉积于各处。而那些真正能通过循环空气进入空调系统的部分，最终也只会停留在冷气滤网上。使用这种方法，根本没有任何清洁成分能到达蒸发器。一键式喷雾罐实际上只是在车内散播香精和香气而已。唯有将机械式压力冲洗与合适的清洁剂直接作用于蒸发器上，才能达到预期的清洁效果。

## 能耗

尽管冷气本身会消耗显著的电力，汽车在关闭车窗并开启冷气时的风阻，其实小于打开车窗让乘客吹风散热时的风阻。

这里有许多关于安装汽车冷气及其在使用时对车辆燃油效率影响的辩论。若要在估算实际油耗时找出使用与不使用冷气系统之间的真实差异，必须考虑诸多因素，例如：增加的风阻、导致引擎运行效率降低的引擎动力负载、因引擎动力负载增加而导入车厢的额外热负载，以及增加的重量。其他因素也可能会影响引擎，而引擎整体的温度升高则会进一步影响车辆的冷却系统。

在现代汽车中，空调系统会消耗大约4匹马力（3.0kW）的引擎动力，来排除计算出的车厢冷负荷，进而增加了车辆的燃油消耗。