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汽车百科知识空调篇 汽车空调工作原理图

生活经验知识分享

  • 摘要：冷空调系统运行原理，暖空调系统运行原理，压缩机功率与怠速油耗，功率损耗对行驶性能与油耗的影响 。
汽车开空调会不会影响发动机的耗油量，这一问题不宜轻言定论 。因为冷暖空调系统的运行原理各不相同，是否会增加功耗的答案也绝对不一致；而即使会增加油耗也没有统一的标准，因为油耗的升高是因为动力需求的提升，动力储备的差值会有很大的影响 。本篇分为四节解析这一问题，想成为“老司机”就耐心读一读吧 。

冷空调系统_油耗会升高
  • 冷空气是不会自然出现的，空调制冷系统是让“暖风变冷风”，如何实现呢？——基础可参考热力学第二定律：低温物体会吸收热能，或者说热能会从高温物体或环境中无序传导至低温物体 。
知识点：空调系统需要「制冷剂」，目前通用原料为【四氟乙烷】 。这种物质的沸点为﹣26.2℃（摄氏度），在绝大多数区域的冬季都会沸腾为气态 。制冷剂会贮存在压缩机与管路内，实现制冷的基础是先行为蒸发器降温，方式可参考下图 。

四氟乙烷形态变化流程：压缩机输出动力推动制冷剂开始流动，首先流动到冷凝器降温，随即到干燥感脱水；在达到膨胀阀时通过压力调节成为超低温的液态，最终送到蒸发器——蒸发器的温度会始终在零摄氏度以上，是远超四氟乙烷沸点的 。结果则会是制冷剂逊色的沸腾！而沸腾的本质是蒸发，蒸发是要吸收热能的——吸收的是蒸发器壳体的温度，也就是壳体降温了 。此时通过鼓风机将热空气吹过相对的低温蒸发器，再利用蒸发器吸收空气中的热能为空气降温，送入车内后就是冷风了，说白了制冷就是“两次蒸发吸热”，制冷剂吸热、蒸发器吸热 。

重点：由于四氟乙烷在低温环境中也会是气态，将其压缩贮存在冷空调管路内需要很高的压力 。那么驱动制冷剂流动也就需要很高的压力，压缩机输出的功率会高达【4kw】左右才能满足有效驱动；而压缩机本身是没有动力的，其动力来自带轮的运转使得机体产生驱动力，带动带轮运转的是发动机的曲轴！也就是说压缩机消耗的是发动机的动力，油耗的升高则是必然的结果了 。


热空调系统_不影响油耗
  • 低温环境中同样不会平白无故的出现暖风，但是别忘记燃油动力汽车装备的发动机类型为【往复循环式·内燃式热机】 。这种机器是依靠燃烧燃油产生热能，再将热能转化为机械能的化学发动机，这里的关键词为「热能」 。
有金属材料打造的内燃机有「热饱和极限」，说白了就是金属材料只能吸收一定程度的热能，达到极限后就会让发动机材料熔化 。
为了不让发动机熔化报废就得让机器恒定在相对低的温度标准，实现的方式主要为防冻冷却液·水循环散热系统，其原理同样是“两次吸热”：冷却液流动到缸盖时吸收机体材料的热能，流动到不断被风冷降温的前置散热水箱则会被水箱吸热而降温，随即再次流动到缸盖——周而复始，概念参考下图 。

知识点：防冻冷却液即使以上述方式循环散热为发动机恒温，其理论上温度会在90~120℃之间，是不是很高的标准呢？——这些“热水”是很有价值的，其功能不仅能用于恒温，同时可以引出一条管路实现【水暖空调】 。概念为高温防冻冷却液经过特殊管路流动外加的一组「暖风小水箱里」（前提为打开热空气·调整温度后才会流动），利用“热水”加热暖风水箱，之后通过鼓风机将冷空气吹过高温水箱，利用空气吸热的原理使其升温，送入车内就是“暖风”喽 。

说明：防冻冷却液的“热力”不用做暖风空调加温，汽车的油耗不会升高；通过水泵加大冷却液的流动范围其实也不会增加油耗，因为水泵是利用电力驱动的，包括鼓风机也是电驱 。这些耗电设备的功耗不用担心，因为原车的发电机是在启动后全时运行，其额定功率会高达1300瓦左右，而这些设备共计几十到几百瓦的功率会对「发电冗余」产生影响吗？所以暖风系统不会增加油耗，包括正常使用车辆电子设备也不会增加耗油量的 。


压缩机与怠速油耗
  • 冷空调系统的动力源来自「压缩机」，其额定功率约为4kw左右，相当于公式马力5.5PS（匹）左右哦！
【汽车百科知识空调篇 汽车空调工作原理图】「怠速」的概念：内燃机以最低喷油量与进气量，燃烧产生热能转化为机械能，这些机械能能够满足机体的自运转（不熄火）即可 。机器的持续运转可以让操控车辆行驶时不用等待（无延迟），怠速说白了就是为提升用户体验，或者说是操作效率——关键词：满足自运转 。

内燃机运行时自身有很大的运行阻力，怠速输出的动力（功率）就是要克服这些阻力 。正常怠速标准约为800rpm（转速），此时的输出功率一般在6/8kw左右；那么如果此时打开空调压缩机同时不进行任何调整的话，结果1000%会让发动机熄火——因为压缩机的额定功率在4kw左右，开启后就等于“运行阻力＝（6~8kw）＋4kw”，800转指输出6~8kw无法有效克服阻力，结果自然会被“拉停” 。而为了实现正常的怠速，发动机就必须要提高转速（进气量）与喷油量，以多燃烧燃油产生更多热能达到约4kw左右功率为代价实现，转速约会升高到1200rpm左右 。

压缩机与行驶油耗
  • 综上所述，压缩机消耗的功率比较大，所以怠速时必须升高转速补偿动力才能不熄火 。但是在行驶中的转速本就很高，所以ECU在行驶中就不会主动升高转速了，然而油耗还是会升高 。
原因：假设某1.5L-NA自然吸气发动机在行驶中使用冷空调，其正常怠速转速平均为2000rpm 。发动机的最大功率为80kw，而此时只能输出20kw左右的功率；那么压缩机占用了4kw左右就等于让动力降低了几乎五分之一，输出功率的降低等于车辆速度的下降，想要提高车速到合理标准就要“加大油门·提高转速”——转速越高发动机进气量越大，固定空气燃料比为14.7:1——进气量大则喷油量大，简而言之为压缩机拖低了车辆的速度，为了提速就要多喷油，那么会多多少呢？



普遍标准：排量越小的发动机油耗升高越多，同排量发动机自然吸气技术比涡轮增压技术升高程度大！原因是小排量发动机与自然吸气技术的「最大扭矩」太小，压缩机消耗的实际为曲轴输出的转矩（扭矩），扭矩×转速÷9549×1.36＝马力，所以扭矩被消耗就会导致车速下降 。大致标准如下 。
  • 1.5/2.0-NA自吸机型，升高比例约为2L/100km左右 。
  • 1.5/2.0-Turbo涡轮增压，升高程度为1.5~1.0L/100km 。
  • 2.0/3.0-NA自吸机型，升高程度相当于1.5/2.0T 。
  • 2.0/3.0-Turbo涡轮增压，升高程度可降低至≤1.0L/100km 。
总结：发动机的动力储备越强，以中低速行驶时的输出功率则会有更大的冗余，说白了就是正常行驶的“转速·动力”用不完，打开压缩机不会让性能与车速感觉有明显变化，所以就不会下意识的加大油门 。反之性能较弱的发动机就会因动力体验与速度的明显下降而加大油门，油耗就是这么明显升高的了 。（参考下图相同转速标准的功率差值·相同功率标准的转速差值就明白了）

编辑：天和Auto-汽车科学岛
责编：天和MCN
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