一種材料的溫室效應(yīng)潛力或者說它對溫室效應(yīng)的影響用英語名稱GlobalWarmingPotential(GWP)表示，指的是這種材料對地球大氣升溫的潛在貢獻。作為依據(jù)和參考值，GWP數(shù)值越小，則溫室效應(yīng)越小，因此對環(huán)境的影響也就越小。作為依據(jù)和參考值，將二氧化碳(CO 2 )的GWP數(shù)值規(guī)定為1。GWP數(shù)值越小，則溫室效應(yīng)越小，因此對環(huán)境的影響也就越小。而以往使用的制冷劑如R134a(四氟乙烷)，其GWP值為1 320，R1234yf的100年GWP數(shù)值等于4，也就是說，1kgR1234yf在前100年內(nèi)釋放4次后才與1kg二氧化碳造成的溫室效應(yīng)相當。自2017年1月1日起，在歐洲范圍內(nèi)的車輛不允許使用GWP數(shù)值>150的制冷劑?；谶@個原因，在這些國家禁止使用R134a制冷劑。因此奧迪自2016年起，批量采用制冷劑R1234yf。隨著新奧迪A8(型號4N)的上市，在新奧迪A8(型號4N)中使用了一種新制冷劑——二氧化碳。它的化學(xué)式是CO 2 ，在引進時使用了R774這個名字，即制冷劑R774。二氧化碳的物理特性與所使用的其他制冷劑不同，它是一種無色、不可燃的氣體且不容易與其他元素結(jié)合，比空氣重，是一種在自然界中存在的物質(zhì)，它既不含氟也不含氯，一系列的自然反應(yīng)都會產(chǎn)生二氧化碳，因此獲取的成本低廉，而且對地球的臭氧層也沒有影響。因此當制冷劑循環(huán)回路發(fā)生泄漏時，可以毫無問題地將其排放到自然界的循環(huán)體系中。二氧化碳能以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和超臨界的狀態(tài)出現(xiàn)，而在汽車空調(diào)中只能以氣態(tài)、液態(tài)或超臨界的狀態(tài)出現(xiàn)，制冷劑循環(huán)回路的工作壓力明顯更高，其工作壓力比使用普通制冷劑空調(diào)的壓力高約10倍。另外因為二氧化碳分子比以往所使用的制冷劑的分子更小，所以制冷系統(tǒng)必須設(shè)計得更加密封。制冷劑R744沒有固有氣味，因此無法聞到，比空氣重，因此可能在較深的區(qū)域匯集，例如：裝配坑、地窖和洼地，在此類區(qū)域可以擠出環(huán)境空氣以及氧氣，在含氧量少的區(qū)域停留可能導(dǎo)致生命危險。鑒于以上特點，新奧迪A8(型號4N)的空調(diào)系統(tǒng)在前款車型上進行了創(chuàng)新，如對制冷劑循環(huán)回路的組件(例如：壓縮機和氣體冷卻器)的功能進行了調(diào)整，還提供了車內(nèi)空氣質(zhì)量方面的創(chuàng)新，除了空氣質(zhì)量改善系統(tǒng)以外，還采用了一個可選香型的香氛系統(tǒng)。

一、新奧迪A8(型號4N)的空調(diào)系統(tǒng)制冷劑循環(huán)回路組件結(jié)構(gòu)原理分析

新奧迪A8(型號4N)采用CO 2 作為制冷劑(R744)的空調(diào)與以往的空調(diào)最大區(qū)別在于系統(tǒng)中的工作壓力很高，高壓側(cè)的壓力最高約為140bar(1bar=10 5 pa)，低壓側(cè)的壓力最高約為93bar。因為二氧化碳的內(nèi)能更高，所以在提供相同的制冷功率下需要的質(zhì)量流量更少，這種優(yōu)勢除了可以增加制冷功率以外，還可以用于減少聚集或減小液流橫斷面面積。其制冷劑循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖1所示。

圖1 制冷劑循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)原理示意圖

1.空調(diào)壓縮機

空調(diào)壓縮機的作用是將氣態(tài)二氧化碳壓縮至更高的壓力水平，以便之后在蒸發(fā)器中重新減壓。通過制冷劑的減壓出現(xiàn)一定的溫度下降，因此可以抽走乘客車廂中的熱量。具體結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 空調(diào)壓縮機

制冷劑的壓縮機采用了軸向活塞泵或軸向活塞壓縮機的工作原理。在圓周上均勻分布的9個固定活塞可以在工作缸中移動，這些工作缸被安置在一個旋轉(zhuǎn)的擺動盤上。由于擺動盤的傾斜定位實現(xiàn)各個活塞在工作缸中的線性運動，通過這種線性運動抽吸制冷劑、在活塞室內(nèi)進行壓縮并運輸?shù)街评鋭┭h(huán)回路中。擺動盤的傾斜度是可變的，因此所輸送的質(zhì)量流量也是可變的。根據(jù)所要求的質(zhì)量流量，自動調(diào)節(jié)擺動盤的定位角。壓縮機的排量為31cm 3 。

2.氣體冷卻器

氣體冷卻器的作用是在氣體冷卻液中冷卻制冷劑。臨界點是物質(zhì)的一種熱力學(xué)狀態(tài)，它的特點是液相和氣相密度的均衡。此時，兩種聚集狀態(tài)差別將消失。在R744的制冷劑循環(huán)回路中，還可能出現(xiàn)超臨界情況。在超臨界的情況中，氣體冷卻器中的制冷劑不會從氣體轉(zhuǎn)化為液態(tài)聚集狀態(tài)，而是僅僅冷卻，因此得名氣體冷卻器。新奧迪A8(型號4N)空調(diào)系統(tǒng)所使用的氣體冷卻器是一種新開發(fā)的產(chǎn)品，并替代了之前的冷凝器，它負責冷卻制冷劑。氣體冷卻器用于從高壓側(cè)將過程熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中。它不但在超臨界模式(“氣體冷卻器”)下工作，還在相變模式(“冷凝器”)下工作。相變在這里意味著聚集狀態(tài)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。氣體散熱器由扁管構(gòu)成，在這些扁管中分別包含了一個與扁管并排的小管，扁管依次排成一排。制冷劑首先流經(jīng)氣體冷卻器的上半部分，然后反向流經(jīng)下半部分。高壓側(cè)制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1053位于氣體冷卻器上。具體見圖3。

圖3 氣體冷卻器

3.內(nèi)部熱交換器

內(nèi)部熱交換器的作用是使制冷劑在內(nèi)部熱交換器中釋放熱量，熱量從高壓側(cè)轉(zhuǎn)移到低壓側(cè)。

A8(型號4N)對前款車型上已經(jīng)被大家所熟知的內(nèi)部熱交換器進行了調(diào)整。內(nèi)部熱交換器是一根管子，見圖4。它由一根被低壓管圍繞的內(nèi)部高壓管構(gòu)成，在高壓管中反向流經(jīng)的制冷劑釋放熱量，加熱流經(jīng)低壓管中的制冷劑，因此在高壓和低壓之間實現(xiàn)能量交換。內(nèi)部熱交換器的主要作用是提高制冷劑循環(huán)回路的效率。通過延長循環(huán)過程實現(xiàn)這個要求，并因此在蒸發(fā)器中出現(xiàn)更大的焓差。為了實現(xiàn)這這個要求，采用制冷劑R744的內(nèi)部熱交換器需要約一米的長度。

圖4 內(nèi)部熱交換器

4.低壓和高壓側(cè)的壓力排放閥

壓力排放閥的作用是保護制冷劑循環(huán)回路，防止其受到過高壓力的影響。

低壓側(cè)的壓力排放閥位于內(nèi)部熱交換器的整體接口上，高壓側(cè)的壓力排放閥直接位于空調(diào)壓縮機上，可見圖1。為了防止這兩個閥門的混淆，分別配備了不同的螺紋直徑，在高壓側(cè)使用了螺紋為M12x1mm的閥門，在低壓側(cè)使用了螺紋為M14x1mm的閥門，擰緊力矩也是不同的，且兩種閥門都配備了左旋螺紋。壓力排放閥的具體結(jié)構(gòu)見如圖5所示。

當制冷劑循環(huán)回路中存在超壓時，在閥門中鋼球被壓向彈簧，將正常壓力下關(guān)閉的孔橫截面打開，制冷劑通過這個開口溢出。兩種壓力排放閥都是可逆閥門，在交付前，需用氣體對閥門進行密封性檢測。如果空調(diào)已關(guān)閉，而在制冷劑循環(huán)回路中存在一個過高的壓力，則低壓側(cè)的壓力排放閥打開。如在溫暖的環(huán)境下制冷劑升溫并且系統(tǒng)壓力因此升高時，可能出現(xiàn)這種情況。當壓力約為120±10bar時，低壓側(cè)的壓力排放閥打開。當存在過高的系統(tǒng)壓力時，高壓側(cè)的壓力排放閥打開。如在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在一個故障或當高壓側(cè)的一條管路損壞或堵塞時，可能出現(xiàn)這種情況。當壓力約為160bar±10bar時，高壓側(cè)的壓力排放閥打開。

圖5 壓力排放閥

5.膨脹閥

膨脹閥是高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的接口，當制冷劑膨脹時，在膨脹閥中通過節(jié)流產(chǎn)生減壓。閥門的作用是將帶有高壓的制冷劑膨脹和冷卻到一個較低的壓力水平。它是蒸發(fā)器中通過高壓控制的膨脹機構(gòu)。通過0.55mm的特定鉆孔直徑實現(xiàn)中低負荷下的膨脹。在高負荷時，釋放一個額外的旁路流量。通過彈簧調(diào)節(jié)這個旁路流量(圖6)。

圖6 膨脹閥

6.蒸發(fā)器

蒸發(fā)器安裝在空調(diào)中，其作用是吸收乘客車廂中的熱，從而冷卻車內(nèi)。制冷劑在蒸發(fā)器中從流過的空氣中吸收能量。蒸發(fā)器由扁管構(gòu)成。在這些扁管中分別包含了與扁管并排的小管。這些扁管在蒸發(fā)器中被布置在2個依次排列的垂直列中并且一直有制冷劑流經(jīng)，制冷劑質(zhì)量流量均勻地分布在所有扁管上。

7.集液器

集液器位于制冷劑循環(huán)回路蒸發(fā)器和內(nèi)部熱交換器之間的低壓側(cè)。它的直徑約為75mm，安裝在A柱下面的駕駛員側(cè)輪罩中。

集液器需要完成以下任務(wù)：

(1)未循環(huán)的制冷劑的收集裝置/儲存器；

(2)冷凍機油的臨時儲存器；

(3)干燥待循環(huán)的制冷劑或從中抽出水分。

通過集液器為內(nèi)部熱交換器調(diào)節(jié)最佳的制冷劑質(zhì)量，在此處調(diào)節(jié)出最佳的蒸汽含量。當制冷劑進入到集液器之后，見圖7，制冷劑沖擊折流板，因此將液相與氣相分離，多余的制冷劑在收集裝置中經(jīng)過濾后被儲存起來并通過顆粒進行干燥。冷凍機油同樣要被過濾并通過抽吸管中一個鉆孔以精確的計量重新與從集液器中溢出的制冷劑回到空調(diào)壓縮機的制冷劑循環(huán)回路中。

圖7 集液器

8.制冷劑管路及其連接裝置

制冷劑管路中的工作壓力最高約140bar，耐熱性約為-40℃至180℃。注意在維修過程中不得彎曲制冷劑管路，也不得彎折制冷劑軟管。

(1)高溫氣體側(cè)的制冷劑管路

高溫氣體側(cè)的制冷劑管路是從壓縮機到氣體冷卻器的軟管和管路連接?；谝褖嚎s制冷劑的高溫，必須通過金屬波紋管輸送這種介質(zhì)，通過鋼纖維強化軟管保持形狀。具體見圖8。

(2)高壓側(cè)和低壓側(cè)制冷劑管路

高壓側(cè)和低壓側(cè)的制冷劑管路是不含波紋管加強件的軟管和管路連接(圖9)。

圖8 高溫氣體側(cè)的制冷劑管路

圖9 高壓側(cè)和低壓側(cè)制冷劑管路

(3)制冷劑管路的連接裝置

制冷劑管路通過特殊的密封件接受制冷劑循環(huán)回路中的高壓并將其與周圍環(huán)境隔絕，真正的金屬密封件位于鎖止裝置中(黃色的支架)，通過一個銷釘將制冷劑管路和鎖止裝置形狀配合地相互連接如圖10所示。為了確保制冷劑系統(tǒng)的最大密封性，在每次維修制冷劑管路時，更換鎖止裝置包括密封件和連接螺栓。在執(zhí)行這些工作時，應(yīng)注意保持格外整潔以及安裝時密封件的準確位置，還應(yīng)注意在安裝制冷劑管路前，密封表面不得有機油和潤滑脂。

圖10 制冷劑管路的連接裝置

9.傳感器

(1)制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1052/G1053

制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1052和G1053僅安裝在空調(diào)采用二氧化碳工作的車輛上。制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1052和G1053具有不同的作用和安裝位置，見圖11。低壓側(cè)制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器叫做G1052，它的作用是提供低壓調(diào)節(jié)和制冷劑缺少識別的信號，并位于低壓管路上的蓄壓器出口側(cè)。高壓側(cè)制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器叫做G1053，它的作用是提供用于保護壓縮機部件的高壓和高溫氣體溫度調(diào)節(jié)信號，并在高壓管路上被直接安裝在氣體冷卻器的進口側(cè)。如果在維修中需更換一個或兩個此種傳感器，則必須完全排空整個制冷劑循環(huán)回路。當系統(tǒng)處于激活狀態(tài)且?guī)в懈邏簳r，不得擰出兩個傳感器，因為它們是直接結(jié)合到制冷劑循環(huán)回路中的。兩個制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1052和G1053沒有熔絲，也沒有壓力排放閥。

圖11 制冷劑壓力和制冷劑溫度傳感器G1052和G1053

(2)車內(nèi)二氧化碳含量傳感器G929

車內(nèi)二氧化碳含量傳感器的作用是在行駛過程中和泊車時測量車內(nèi)二氧化碳的濃度。車內(nèi)二氧化碳含量傳感器位于車內(nèi)手套箱下面如圖12所示。傳感器的工作原理基于測量二氧化碳(CO 2 )與波長有關(guān)的輻射特性。

圖12 車內(nèi)二氧化碳含量傳感器G929

如果在正常運行中，二氧化碳濃度低；在循環(huán)空氣運行模式下，二氧化碳濃度較高；在已經(jīng)泊車的車輛中二氧化碳濃度高時，空調(diào)系統(tǒng)都會根據(jù)車內(nèi)二氧化碳含量傳感器檢測到的數(shù)值對空調(diào)工作情況進行干預(yù)，干預(yù)時間點根據(jù)不同的運行狀態(tài)而變化。如果二氧化碳數(shù)值過高時，則干預(yù)的措施有：通過車外空氣/循環(huán)空氣翻板，增加車外空氣的輸入，以便降低二氧

化碳的濃度；如果二氧化碳濃度繼續(xù)增加，則將車內(nèi)風扇的促動提高到最大強度；如果濃度還繼續(xù)增加，此時在組合儀表的駕駛員信息系統(tǒng)中將出現(xiàn)一條警告信息：“空調(diào)：CO 2 濃度增加。為車輛通風。參見隨車手冊”；如果在已經(jīng)泊車的車輛中發(fā)現(xiàn)二氧化碳數(shù)值升高，則通過喚醒車載電網(wǎng)控制單元J519促動并激活風扇。 

二、香味和空氣質(zhì)量系統(tǒng)

1.香氛系統(tǒng)

嗅覺的意思是聞到氣味。氣味與鼻粘膜中的氣味傳感器接觸并被這些傳感器感受到。新奧迪A8(型號4N)提供了兩種不同的香氛，可以在夏季和冬季香氛之間進行選擇。在行駛過程中可以通過MINI顯示屏、前部信息顯示和操作系統(tǒng)控制單元的顯示單元J685設(shè)置香氛選擇以及香氛強度，同時顯示了相應(yīng)香氛的當前液位。香氣是由香氛系統(tǒng)功能單元GX43中的2個圓柱形小玻璃瓶提供，在小玻璃瓶上粘貼了帶有相應(yīng)香氛的標簽。這個功能單元位于方向盤右側(cè)，儀表板下面，通過一個小鼓風機將小玻璃瓶中溢出的香氣輸送到外側(cè)前部的出風口中如圖13所示。此外可以選擇不同的香味強度。

維修保養(yǎng)時若需更換小玻璃瓶，為了避免小玻璃瓶的混淆，應(yīng)依次進行更換，并注意旋轉(zhuǎn)方向，小玻璃瓶采用左旋螺紋。更換后，必須通過車輛診斷測試儀將改變的液位告知香氛系統(tǒng)控制單元J1101。

圖13 香氛系統(tǒng)

2.空氣質(zhì)量改善系統(tǒng)

在新奧迪A8(型號4N)中采用了用于改善空氣質(zhì)量的離子發(fā)生器如圖14所示。通過離子發(fā)生器改善空氣質(zhì)量的工作原理是利用空氣顆粒中有限的負電荷通過前部外側(cè)的出風口進入車內(nèi)，通過空氣中的負離子有助于提高乘員的健康和注意力。通過電離可以減少空氣中的有害顆粒和病菌并因此改善車內(nèi)的空氣質(zhì)量。兩個離子發(fā)生器即駕駛員側(cè)離子發(fā)生器J1105和副駕駛員側(cè)離子發(fā)生器J1106，可單獨更換。離子發(fā)生器中的電極也可單獨更換且不得損壞，在安裝新電極時，必須注意電纜的顏色代碼。

圖14 空氣質(zhì)量改善系統(tǒng)

三、拓撲圖及前、后排區(qū)域的空調(diào)操作元件

1.拓撲圖

拓撲圖如圖15所示。

2.前、后排區(qū)域的空調(diào)操作元件及鼓風機強度的設(shè)置

(1)前排區(qū)域的空調(diào)操作元件

從圖15可知在奧迪A8(型號4N)上取消了全自動空調(diào)控制單元J255，因此不再有自己的空調(diào)控制單元?？照{(diào)的控制功能被移植到車載電網(wǎng)控制單元J519中。通過LIN總線系統(tǒng)實現(xiàn)車載電網(wǎng)控制單元J519和空調(diào)相關(guān)組件之間的通訊。

在操作方面與光學(xué)和聲學(xué)有關(guān)的重要創(chuàng)新是兩個觸摸屏，具體操作可通過2個觸摸屏進行操作。上部MMI顯示屏(圖16)和下部觸摸顯示屏(圖17)分別安裝在儀表板和中控臺的中央，通過汽車菜單可以調(diào)取上部MMI顯示屏的空調(diào)功能。其中MMI顯示屏的顯示功能及其設(shè)置通過J685實現(xiàn)，下部觸摸顯示屏的顯示功能及其設(shè)置通過J1060實現(xiàn)，可以為駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)單獨設(shè)置各自的空調(diào)功能。

(2)后排區(qū)域的空調(diào)操作元件

后排區(qū)域的操作單元如圖18、圖19所示，其操作通過后部空調(diào)操作和顯示單元E265實現(xiàn)。

(3)鼓風機強度設(shè)置

鼓風機強度通過感覺調(diào)節(jié)器(也被稱為滑塊)設(shè)置鼓風機強度。其中4個位于前排區(qū)域，2個位于后排區(qū)域。左側(cè)前排區(qū)域、左側(cè)中部前排區(qū)域、右側(cè)中部前排區(qū)域、右側(cè)前排區(qū)域、左側(cè)中部后排區(qū)域、右側(cè)中部后排區(qū)域分別由空調(diào)操作和顯示單元1E774、空調(diào)操作和顯示單元2E775、空調(diào)操作和顯示單元3E776、空調(diào)操作和顯示單元4E777、空調(diào)操作和顯示單元5E778和空調(diào)操作和顯示單元6E884控制實現(xiàn)。

圖15 拓撲圖(CO 2 )

圖16 上部MMI顯示屏

圖17 下部觸摸顯示屏

圖18 后排區(qū)域的操作單元

圖19 可選裝的后排區(qū)域的操作單元

四、總結(jié)

根據(jù)以上全新奧迪A8空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)總結(jié)其與Q7空調(diào)系統(tǒng)的主要不同點如下:

1.取消空調(diào)控制單元E87，J519為空調(diào)系統(tǒng)主控單元；

2.四區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的前部操作通過J1060觸摸屏，后部操作通過E265實現(xiàn)；

3.元件代號有一些變化，例如G935(G238+G657)，VX81(N280)等；

4.增加香氛系統(tǒng)控制單元J1101；

5.空氣改善系統(tǒng)控制單元J897作為負離子發(fā)生器J1105和J1106的主控單元；

6.取消右側(cè)B柱負離子發(fā)生器J1108，新增副駕駛員側(cè)負離子發(fā)生器J1106；

7.增加出風口滑動控制單元E774/E775/E776/E777/E778/E884；

8.取消寬帶狀出風口的電機V562和按鍵E815；

9.取消前部日照光電傳感器G107，功能通過G397實現(xiàn)；后部增加日照光電傳感器G934；

10.伺服電機數(shù)量增加，并且連接關(guān)系有變化。

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五、檢測設(shè)備

圖

CO2零部件-脈沖壓力疲勞、爆破試驗臺

試驗臺主要用于CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的軟管、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、電磁閥等零部件的脈沖壓力疲勞壽命試驗和破壞性試驗。

脈沖主要試驗參數(shù)

壓力峰值范圍：2~20MPa 

壓力谷值范圍：0.1~20MPa 

試驗頻率范圍：0.1-3Hz  

環(huán)境溫度范圍：-40-180℃ 

介質(zhì)溫度范圍：-40-180℃

測試倉尺寸：長1300*寬1000*高1000mm 

同時測試數(shù)量：1-12件

脈沖波形范圍：正弦波、T型波、類似方波、三角波 

爆破主要試驗參數(shù)

?壓力范圍：0.1~60MPa 

?升壓速率：2-60MPa/min 

?試驗介質(zhì)：油、水

?介質(zhì)溫度：RT+10-180℃ 

?測試倉尺寸：長1200*寬700*高500mm 

?同時測試數(shù)量：1件

?典型的試驗程序有：

a)恒速升壓-爆破

b)恒速升壓-保壓-爆破

c)恒速升壓-保壓-卸壓

d)遞增升壓-保壓

e)遞增升壓-爆破

f)型式試驗

文章來源：蓋世汽車

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