前言
随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车开始走进千家万户。人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性的同时，如今也更加注重对舒适性的要求。因而，空调系统作为现代轿车基本配备，也就成为了必然。
自本世纪20年代汽车空调诞生以来，伴随汽车空调系统的普及与发展，汽车空调的发展大体上经历了五个阶段：1、单一取暖阶段，2、单一冷气阶段，3、冷暖一体化阶段，4、自动控制阶段，5、计算机控制阶段。空调的控制方法也经历了由简单到复杂，再由复杂到简单的过程。作为汽车空调系统的电路控制方面也再不段的更新改进，同时，我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达到100%的普及性，空调已成为现代汽车的一向基本配备。给汽车空调的使用与维修问题带来新的挑战。
根据论文的需要，通过对相关资料、研究材料的综合归纳，进一步深刻的对汽车空调系统全面的解析。同时对汽车空调的各种基础部件及原理和工作特性做进一步详细说明，针对桑塔纳2000型轿车为例，从电路控制系统的角度说明解析控制过程，并运用有关汽车电路的识读知识对电路图、原理图，探讨研究汽车空调的工作原理与结构，文章最后以汽车空调故障检修的方法与实例结合，对汽车空调系统的再深入探讨，以达到对汽车空调系统的了解，并运用在实际工作中。
本文在论述当中加入了大量的图文资料，如：原理图、示意图、电路图，这样对说明力度及大家的理解程度是一向很大的提高，因而具有较强的技术知识性、实用性。
1汽车空调概述
1.1汽车空调的功能
完善的汽车计算机控制的空调系统可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风度和通风等进行自动调节，并使车内空气以一定的速度和方向流动，给乘客提供一个良好的乘车环境，保证在各种外界气候和条件下使乘客都处于一个舒适的空气环境中，并能够防止车窗玻璃结霜，使驾驶员保持清晰的视野，为安全驾驶提供基本保证。计算机控制的空调系统可以实现以下功能：
1.1.1汽车空调自动调节功能
包括车内温度和湿度自动调节、回风和送风模式自动控制以及运转方式和换气量控制等控制功能。电控单元将根据驾驶员或乘客通过空调显示控制面板上的按钮进行的设定，使空调系统自动运行，并根据各种传感器输入的信号，对送风温度和送风速度及时地进行调整，使车内的空气环境保持最佳状态。电控单元还可以根据气候变化通过选择送风口，改变车内的温度分布。
1.1.2经济运行控制功能
当车外温度与设定的车内温度较为接近时，电控单元可以缩短制冷压缩机的工作时间，甚至在不启动压缩机的情况下，就能使车内温度保持设定状态，达到节能目的。
1.1.3全面的显示功能
通过安置在汽车仪表盘上的空调显示控制面板，可以随时显示当时的设置温度、车内温度、车外温度、送风速度、回风和送风口状态以及空调系统运行方式等信息，使驾驶员能够及时全面地了解空调系统的工作状态。
1.1.4故障检测和安全功能
电控单元通过自诊断系统可以对系统的状态进行检测，并对故障情况进行判断，当系统中出现故障时，使系统传入相应的故障安全状态，防止故障进一步扩大。
1.2汽车空调的特点
汽车上使用的空调器性能要求有以下几点：
（1）应能尽快地从炎热天气下的停车状态达到车内舒适的温度（急速降温）。
（2）在寒冷的天气里，发动机启动后，应能尽快使车内暖和起来（急速升温）。
（3）在平常行驶状态中，不受气象状态和行走状态的左右，能保持稳定的舒适温度。
（4）车内的空气流动应自然、萧静。
（5）对发动机和燃油消耗以及动力性能的影响应尽可能的小。
手动汽车空调的风机转速、出风温度及送风模式等功能是由驾驶员操作和调节。微机控制自动空调利用传感器随时检测车内温度及车外环境温度的变化，并把检测到的信号传送给空调的电子控制单元（ECU），ECU则按预先编制的程序对信号进行处理，并通过伺服电机等控制元件，不断地对风机转速、出风温度、送风温度、送风模式及压缩机工作状况等进行调节，从而使车内温度、空气温度及流动状态始终保持在设定的水平上。微机控制自动空调还具备自我诊断功能，以利于对电控元件及线路故障的检修。
1.3汽车空调的发展历程
汽车空调的发展随着汽车整体技术的不断发展，经历了从低级到高级，从简单到多功能的阶段，其发展可以概括为五个阶段。
（1）单一供热空调装置阶段：始于1927年，目前在寒冷的北欧、亚洲北部地区，汽车空调仍在使用单一供热系统。
（2）单一供冷空调装置阶段：始于1939年，美国帕克汽车公司率先在轿车上装用机械制冷温控空调器。目前仍用在热带、亚热带部分地区使用
（3）冷暖型汽车空调装置阶段：始于1954年，汽车空调才具备了调温、除湿、通风、过滤、除霜等对空气的调节功能。目前仍然大量地用在中抵档车上，是目前使用量最多的一种方式。
（4）自控汽车空调装置阶段：美国通用汽车公司1964年率先在轿车上应用自控汽车空调，只需预先设定温度控制，自动保持在温度范围内工作。装置根据传感器随时检测车内外温度，自动地调控装置各部件工作，达到控制车内温度和行使其他功能的目的。目前大部分中高级轿车、高级大客车都配装自控空调。
（5）电脑控制汽车空调阶段：自1977年美国通用汽车公司、日本五十铃汽车公司同时将自行研制的电脑控制汽车空调系统装上各自的轿车，预示着技术的一个新阶段。目前电脑控制空调都装在豪华型轿车上。
1.4汽车空调的发展方向
汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要手段以被广大汽车制造者及用户所认可，他象征着汽车的档次水平。现代汽车空调的发展方向为全自动化发展、舒适性发展、高小节能、小型轻量化发展和环保型汽车空调发展。
2汽车空调的分类与结构布置
2.1汽车空调的分类
2.1.1按驱动方式分类：独立式空调、非独立式空调。
2.1.2按送风方式分类：直吹式空调、风道式空调。
2.1.3按功能分类：冷暖分开型、冷暖合一型、全功能型。
2.1.4按结构型分类：整体式空调、分体式空调、分散式空调。
2.2汽车空调配件的结构布置
轿车由于其自身空间限制，常常采用直联方式驱动压缩机。压缩机由发动机带动，为了避免影响主发动机怠速稳定性和汽车加速性能，其压缩机均采用电磁离合器，这样遇到紧急情况时会自动分离。其空调装置配置的冷凝器大部分都装在主发动机之前，因此散热效果会受到影响，散热器内的水容易沸腾。配置时应考虑二者之间的距离，且冷凝器护风圈的间隙要小，以防止风量的损失。目前，以采用了在冷凝器前增设了风扇的方式，这样出增加风量外，还是冷凝器的冷却不受汽车行驶速度的影响。它的驱动电源是蓄电池，一般冷凝器安装均采用竖置。
制冷机组一般安装在驾驶室，这样就设法降低蒸发器和鼓风机出口的阻力，以减少风量损失并降低噪声。空调管道通常采用高压气液通用软管和低压气液通用软管，除考虑到防震外，既便于安装布置。
3汽车空调系统的组成与工作原理
汽车空调系统按其功能可分为制冷系统、暖风系统、通风系统、控制操纵系统和空气净化系统5个基本组成部分。
(1)制冷系统：
制冷系统是对乘室内空气或由外部进入乘室内的新鲜空气进行冷却，实现降低乘室内温度的目的。作为冷源的蒸发器，其温度低于空气的露点温度，因此，制冷系统还具有除湿和净化空气的作用。
(2)暖风系统：
轿车的暖风系统一般是将发动机的冷却液引入乘室内加热器中，通过鼓风机将被加热的空气吹入乘室内，以提高乘室内空气的温度。同时还可以对前风窗玻璃进行除霜、除雾。
(3)通风系统：
通风一般分为自然通风和强制通风。自然通风是利用汽车行驶时，根据车外所产生的风压不同，在适当的地方，开设进风口和出风口来实现通风换气；强制通风是利用鼓风机强制地将外界空气引入乘室内，这种方式在汽车行驶时，常与自然通风一起工作。在通风系统中设置有空气处理室、送风道及风门等部件。
(4)空气净化系统：
空气净化系统一般由空气过滤器、出风口等组成，用以对引入乘室内的空气进行过滤，不断排出乘室内的污浊气体，保持乘室内空气清洁。
(5)控制系统：
控制系统主要由电气元件、真空管路和操纵机构组成。主要用于对制冷、暖风系统的温度、压力进行控制以及对乘室内空气的温度、风量、流向进行操纵，完善空调系统的各项功能。
在大、中型客车上，上述各系统通常独立安装并单独使用。如在车顶上安装2个或3个独立的强制换气扇用于乘室内通风换气，冬季用独立的燃油燃烧式加热器为乘室内供暖，而夏季则用专门的副发动机（空调发动机）驱动的独立式制冷系统为乘室内提供冷气。
在小型客车和轿车上，则将上述各系统有机地结合在一起，组成同时具有制冷、暖风、通风、除湿、挡风玻璃除霜除雾等功能的冷、暖一体化的全空调系统。这种空调系统冷、暖、通风合用一只鼓风机和一套统一的操纵机构，采用冷暖混合式调温和多种功能的送风口，使得整个空调系统总成数量减少、占用空间小、安装布置方便，且操作和调控简单、温湿度调节精度、出风口分布均匀、容易实现空调系统的自动化控制。
3.1制冷系统
3.1.1制冷系统的组成与工作原理
汽车空调制冷系统都是采用R134a（新型无氟环保制冷剂）为制冷的蒸汽压缩式循环系统，它主要由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、储液干燥器过滤器、冷却风扇和鼓风机的配风装置等组成。各部件之间采用铜管（或铝管）和高压橡胶管连接成一个密闭系统。如图3-1空调系统布置。制冷系统工作时，制冷剂以不同的状态在这个密闭系统内循环流动，每一循环需进行4个基本过程：
图1 空调系统布置
1控制装置；2进气罩；3蒸发箱；4 S管；
5 D管；6冷凝器；7 C管；8空调压缩机；9储液干燥器。
10 L管；11加热器。 |
（1）压缩过程：
压缩机将蒸发器低压侧（温度约为0℃、气压约为0.15MPa）的低温低压气态制冷剂压缩成高温（约70℃～80℃）、高压（约1.5MPa）的气态制冷剂，送往冷凝器冷却降温。
（2）冷凝过程：
送往冷凝器的过热气态制冷剂，在温度高与外部温度很多时，向外散热进行热交换，制冷剂被冷凝成中温，压力约为1.0Mpa～1.2Mpa的液态制冷剂。
（3）膨胀过程：
冷凝后的液态制冷剂经过膨胀阀使制冷剂流过空间体积增大，其压力和温度急剧下降，变成低温（约-5℃）、低压（约为0.15MPa）的湿蒸汽，以便进入蒸发器中迅速吸热蒸发。在膨胀过程同时进行流量控制，以便供给蒸发器所需的制冷剂，从而达到控制温度的目的。
（3）蒸发过程：
液态制冷剂通过膨胀阀变为低温低压的湿蒸气，流经蒸发器不断吸热汽化转变成低温（约为0℃）、低压（约为0.15MPa）的气态制冷剂，吸收乘室内空气的热量。从蒸发器流出的气态制冷剂又被吸入压缩机，增压后泵入冷凝器冷凝，进行制冷循环。
制冷循环就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中，周而复始地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，在蒸发器中吸热汽化，对乘室内空气进行制冷降温。
3.1.2现将汽车空调系统中的主要部件的结构与工作原理分述如下：
（1）压缩机：
压缩机作为汽车空调制冷系统的核心部件，具有两个重要功能:一是使系统内产生低压，二是把气态制冷剂从低压压缩至高压，并使其温度提高。压缩机是制冷系统中低压和高压、低温和高温的转换装置，其正常工作时实现热交换的必要条件。
汽车空调常见压缩机的主要类型有：曲柄连杆式压缩机、斜盘式压缩机、摇盘式压缩机、旋叶式压缩机、滚动活塞式压缩机、涡旋式压缩机等，目前汽车常用压缩机类型有旋转斜盘式压缩机、旋叶式压缩机两种，其结构特点是结构紧凑、性能可靠、工作平稳、振动噪声小。
图3—2 斜盘式压缩机的构造
1主轴；2.13.16.23进气阀门；3前缸盖；4前阀板总成；
5前缸体；6壳体；7.10通气道；8进气管接头；9斜盘；
11后缸体；12排气管接头；14后缸盖；15后阀板总成；
17.22排气阀；18.21活塞；19滑靴；20钢球。 |
压缩机种类繁多，形式各异，目前汽车上大多采用轴向活塞摇板式（斜盘式）压缩机，如图3—2所示。
轴向活塞摇板式压缩机主要由缸体、前后缸盖、活塞、吸排气阀片、斜盘及摇板等组成。斜盘与压缩机轴制成一体，摇板经连杆与活塞连接。汽缸均匀地分布在刚体内部的圆周上。电磁离合器线圈固装在皮带盘内，当接通电原时，电磁离合器线圈中有电流流过，磁化铁心产生吸力，将衔铁吸附在皮带盘端面，经弹簧片、结合盘驱动压缩机轴旋转。当压缩机轴旋转时，斜盘驱动摇板轴向反复摇摆，从而带动活塞作轴向往复运动，驱动制冷剂流动，其工作原理如图3—3所示。
图3—3 电磁离合器工作原理
1固定盘；2片状弹簧；3压板；
4转子；5转子轴承。
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当切断电源时，电磁离合器线圈中电流消失，铁心吸力消失，衔铁在弹簧片作用下回位，压缩机停止工作，此时的压缩机皮带轮只是受发动机驱动而空转。
压缩机内各运动部件的润滑主要依靠润滑油随制冷剂一起循环，在吸气腔因压力和温度下降而释放出的润滑油来润滑。
（2）冷凝器：
冷凝器的作用是使由压缩机排出的高温高压制冷剂与冷凝器外部的空气进行热交换，将高温高压气态制冷剂转变为高温高压的液态制冷剂，并把热量散发到车外环境中。
冷凝器由铜管（或铝管）制成芯管，并在芯管周围焊接散热片组成。多数汽车的冷凝器装在车前散热器的前方，利用发动机冷却风吹来的新鲜空气和行驶中迎面吹来的空气流进行冷却。为了保证良好的散热效果，提高制冷能力，常在冷凝器前装有电控铺助风扇。当空调系统工作或发动机的冷却液温度上升到一定数值时，温控开关自动接通铺助风扇电路，加强冷凝器的散热效果。
汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式、平流式三种。
（3）蒸发器：
蒸发器是汽车空调制冷系统中另一个热交换器，结构形式与冷凝器基本相同，其作用是将经过节流将压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面周围的热量而之降温，电动机驱动的鼓风机再将冷风吹到车室内，使进入其中的制冷剂与其外部空气完成热交换，蒸发器外部的空气放热冷却，达到降温的目的。
蒸发器是由铝制芯管和散热片组成。安装在副驾驶员一侧杂务箱下方风道内。要求蒸发器具有制率高、尺寸小、质量轻等特点。
汽车空调蒸发器有管片式、管带式、层叠式三种结构类型。
（4）膨胀阀：
汽车空调制冷系统使用的膨胀阀是一种感压和感温自动控制式膨胀阀，膨胀阀安装在蒸发器入口管路上。其作用有：一是降低制冷剂压力，保证在蒸发器内沸腾蒸发；二是调节流入蒸发器的制冷剂流量，以适应制冷负荷变化的需要。需要注意的是膨胀阀并不控制蒸发器的温度。
膨胀阀结构类型有内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、孔管（膨胀管）、H形膨胀阀、F形膨胀阀，组合阀六种形式。
①内平衡热力膨胀阀工作原理：
固定在回气管路上的摇控感温包内装有惰性液体或制冷剂，当蒸发器出口温度较高时，感温包内液体温度随之上升，内压升高，作用在膜片上的压力大于蒸发器进口压力和过热弹簧上的压力总和时，针阀离开阀座，阀门开启，制冷剂流入蒸发器。
针阀开启后，制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力随之上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，上侧压力降低，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力经常处于不平衡状态，所以阀门不断地作开启、关闭的循环。
②外平衡热力膨胀阀工作原理：
外平衡热力膨胀阀的遥控感温包固定在蒸发器的出口管上。感温包处感应到尾管温度，通过毛细管传递压力，驱动膨胀阀膜片，适量的制冷剂就进入了蒸发器。外平衡膨胀阀与内平衡膨胀阀的区别在于：蒸发器出口压力用于膜片下侧，而不是蒸发器的进口压力。一般蒸发器内制冷剂的压力降低较大时，选用平衡膨胀阀，能充分而有效地利用蒸发器的所有表面积。
图3—4 H型膨胀阀结构示意图
1感温元件：2调节阀；3球阀；4弹簧；5阀体。 |
③H形膨胀阀工作原理:如图3—4所示：
H形膨胀阀外观为长方体，其内部通道为H形，蒸发器进口和尾管装在同一块侧板上，而液体管路和回气路装在同一快左侧板上。温度传感器装在制冷剂从蒸发器至压缩机的气流中。制冷剂温度的变化，传感器膨胀或收缩，直接推动阀门（钢球和过热弹簧）。H形膨胀阀的结构保证了低压侧压力直接作用于膜片下侧。H形膨胀阀从外观上容易识别，普通膨胀阀只有两根主管路，而H形膨胀阀却有四根主管路。
（5）孔管的工作原理：
孔管又称膨胀管、固定管，是一根装在塑料套内的小铜管，它与膨胀阀一样，是一种节流降压装置，只有循环离合器孔管系统（CCOT）才装有孔管。孔管与膨胀阀的差别在于：孔管没有运动零件，也不可能调整。如有故障，多因堵塞，很难清理，一般作更换处理。
安装孔管的空调系统，高压侧有储液干燥器，但低压侧装有积累器。
图3—4储液干燥器结构
1查视玻璃；2过滤器；
3干燥剂；4引出管；5组合开关。 |
（6）储液干燥器与集液器：
①储液干燥器：如图3—4
储液干燥器的作用是过滤、除湿、气液分离及临时性地储存一些制冷剂。储液干燥器是一个铝制瓶罐串联在冷凝器与膨胀阀之间的管路上，使从冷凝器中出来的高压制冷液体经过滤，干燥后流向膨胀阀。安装在发动机前方冷凝器一侧。储液干燥器由储液罐、干燥剂、过滤器、引出管、视液镜、易容塞及保护开关等组成。
储液干燥器的功能是：储存液化后的高压液态制冷剂。根据制冷负荷的大小需要，随时向蒸发器提供制冷剂，同时还可以补充制冷系统因微量泄露而损失的制冷剂量。
干燥剂常用的有硅胶及分子筛，其作用是从气液制冷剂中去出潮气的固体物质，干燥目的是防止水分在制冷系统中造成堵塞。水分主要来自新添加的润滑油和制冷剂中所含的微量水分。当这些水分与制冷剂混合物通过膨胀阀时，由于压力和温度下降，水分便容易析出凝结成冰，造成膨胀阀堵塞，形成“冰堵”现象。
易熔塞是一中安全保护装置一般安装在储液干燥器的头部，用螺塞拧入。螺塞中间是一种低熔点的合金，当储液干燥器的内部压力达到300Kpa，制冷剂温度达到95～105℃时，易熔合金溶化，制冷系统中高温、高压制冷剂逸出，以避免系统其他零件损坏。
过滤器是滤掉制冷剂中的灰尘及金属颗粒，以保证制冷剂的洁净。
保护开关一般安装在储液干燥器上。其功能是当制冷循环系统中的压力出现异常时，保护开关会自动切断压缩机电磁离合器线圈线路或加速冷凝器的冷却，其到高低压保护作用。
视液镜可以方便维修人员检查制冷剂的流动状态。当系统正常运行时，通过视液镜可以看到制冷剂无气泡的稳定流动。若出现气泡和泡沫，则说明系统不正常或制冷剂不足。
②集液器：
集液器和储液干燥器类似，但装在系统的低压侧。装有集液器的空调系统通常都用孔管式膨胀阀。
集液器的主要功能是：防止液态制冷剂液击压缩机，也用来储存过多的液态制冷剂，内含干燥剂也起储液干燥器的作用。制冷剂从集液器上部进入，液态制冷剂落入容器底部，气态制冷剂积存在上部，经上部出气管进入压缩机。在容器底部出气管拐弯处装有带小孔的过滤器，允许少量积存在管的弯处机油返回压缩机。但制冷剂不能通过，因而要用特殊过滤材料。集液器不能维修，如发现故障或损坏，就必须更换。
3.1.3制冷系统的控制与调节
为了保证汽车空调制冷系统的正常、安全、可靠的工作，以及对其工况进行必要的调节和控制，以满足乘客室内所需要的温度条件，在汽车空调制冷系统中还设置了一系列控制元件和执行机构。
（1）电磁离合器：
电磁离合器的作用是根据需要接通和断开发动机与压缩机之间的动力传递，其工作是受温度控制器、空调开关“A/C”、压力开关、环境温度监测开关等元件的控制。
电磁离合器安装在压缩机皮带盘内而成为压缩机总成的一部分，主要由电磁线圈、皮带轮、结合盘、轴承等部件组成。
当电磁线圈不通电时，在3个弹簧片的作用下使衔铁与皮带盘外端面之间保持一定的间隙（约0.4mm～1.0mm）,皮带盘在曲轴皮带带动下而空转，压缩机不工作。当电磁线圈通电时，在皮带盘外端面产生很强的电磁吸力，在铁紧紧地吸附在皮带盘端面上，皮带盘便通过结合盘带动压缩机轴一起转动而使压缩机工作。
（2）蒸发器温度控制器（温控器）
为了充分发挥蒸发器的最大冷却能力，同时又不致造成蒸发器表面的冷凝水（除湿水）结冰、结霜而堵塞蒸发器散热器翅片间的空气通道，蒸发器表面的温度应控制在1℃～4℃的范围之内。蒸发器温度控制器的作用是：根据蒸发器表面温度的高低接通和断开电磁离合器线圈电路，控制压缩机的工作时机，从而使蒸发器表面的温度保持在准许温度范围之内。
温控器：汽车空调常用的温控器有机械波纹管式和热敏电阻式两种。
① 机械波纹管式温控器（又称压力式温度控制器）。
波纹管式温度控制器主要由感温管、波纹管、温度调节凸轮、弹簧、触点等组成。如图3—5
在感温管表面内充有制冷剂饱和液体，一端与温控器内的波纹伸缩管相连接，另一端则插入蒸发器的散热翅片内约20cm～25cm，感受蒸发器表面的温度。
图3—5机械波纹管式温控器
1感温毛细管；2波纹管；3凸轮轴；4凸轮；5调节弹簧；6温度调节螺钉；7触电；
8电源；9电磁离合器线圈；10支樟弹簧。 |
其工作过程是：当蒸发器表面温度较高时，紧贴其上的感温管温度随之上高升，感温管内制冷剂液体受热膨胀，压力增大，使波纹伸缩管伸长，推动与它相连的传动杠杆机构使触点闭合，接通电磁离合器线圈电路，压缩机开始运转制冷。随着蒸发器表面温度下降，感温管温度下降，其内部制冷剂压力下降，从而使波纹伸缩管逐见收缩。当蒸发器表面温度下降到某一调定值（如1℃）时，波纹伸缩管的收缩量通过与它相连的传动杠杆机构使触点断开，切断电磁离合器线圈电路，压缩机停止运转。蒸发器表面温度开始上升，当其表面温度上升到调定温度的上限值（如4℃）时，温控器触点闭合使压缩机重新运转制冷。如此往复，便可将蒸发器表面温度控制在调定的温度范围之内。旋动调节凸轮可改变弹簧的预紧力，从而改变蒸发器的表面温度调节范围。
②热敏电阻式电子温空器
热敏电阻式电子温控器是利用具有负温度特性的热敏电阻为蒸发器温度传感器，配以相应的电子比较放大电路、电磁离合器继电器等器件组成的电子温控装置。
它具有反应迅速、控制精度高等优点。
图3—7高压压力开关 图3—8低压压力开关
1.固定触电；2.接头；3. 1.接头；2.金属膜片；3.绝
膜片；4.外壳；5.接线柱； 缘外壳；4.接线柱；5.弹簧；
6.弹簧；7.活动触电。 6.固定触电；7.活动触电 。 |
图3—6热敏电阻式电子温控器
1点火开关；2继电器磁化线圈；3触电；4熔断丝；
5电磁离合器；6蓄电池；7热敏电阻；8温度调节电位器。 |
如图3—6所示为日本丰田COASTER中型客车的空调电子温控器的电路原理。它由4只三极管V1、V2、V3和V4以及相应的阻容元件组成电子比较放大电路，热敏电阻7安装在蒸发器空气出口侧以及感受蒸发器出口侧冷气的温度，调定温度由电位器8设定，常开型继电器由三极管V4控制，其触点串联在压缩机电磁离合器线圈电路中。其工作过程：当蒸发器表面温度高于调定温度值时，热敏电阻阻值较小，B点的分压值较低，使三极管V3截止，V4导通，于是继电器磁化线圈2通电，触点闭合，电磁离合器线圈电路接通，压缩机运转制冷，使蒸发器表面温度下降。当蒸发器表面温度下降至调定温度下限值时，热敏电阻阻值增大，使B点的分压值升高，则三极管V3导通、V4截止，继电器磁化线圈2断电，触电张开，切断了电磁离合器线圈电路，压缩机停止运转，蒸发器表面温度开始升高。当蒸发器表面温度升至调定温度上限值时，电子温控器重新接通电磁离合器线圈电路，使压缩机重新运转制冷，蒸发器表面温度再次下降。如此往复，便可将蒸发器表面温度控制在调定温度范围之内。
（3）压力开关：
汽车空调制冷系统中，一般都设有压力开关，分高压压力开关和低压压力开关两种，其功用是在系统制冷剂压力高于或低与规定的极限值时，自动切断电磁离合器的电路，使压缩机停止工作，从而保护制冷系统不受损坏。
此外，从控制蒸发器温度的角度说，它也可以用来替代温度开关。
①高压压力开关：
如图3—7，高压压力开关一般安装在干燥过滤器与膨胀阀之间的高压管路上，其作用是防止制冷系统在异常高压下工作，若系统高压过高，它将自动切断电磁离和器回路，使压缩机停机，保护制冷系统零件特别是压缩机不被损坏；有些汽车（如捷达、桑塔纳）空调系统中，高压压力开关并不控制压缩机回路，只对冷凝风扇高速档实施控制。
②低压压力开关：
如图3—8，空调系统有时因某些原因造成制冷剂泄露时，如果开启空调系统将会因制冷剂严重不足或没有制冷剂而引起压缩机润滑不良，使压缩机遭受损坏。为此，一般在高压管路中设有低压压力开关，其作用是当制冷剂严重不足时，切断电磁离合器电路，使压缩机停止工作。
图3—9高低压组合开关
1触电；2弹簧；3接线柱；4动触电；
5金属膜片；6销子；7触电；8管接头。 |
还有一种低压开关设在低压回路，感受吸气压力的变化，其原理是当低压压力低与某一规定值时，接通高压旁通电磁阀，使部分高压蒸汽直接进入蒸发器，以达到除霜的目的。
还有一种高低压组合开关，如图3—9，将高压压力开关和低压压力开关装在一个壳体内，安装在高压回路中，高低压组合开关有两套触电点，但只有一套接线柱，可分别感受高压和低压两种压力，对压缩机实施控制。
（4）旁通电磁阀：
旁通电磁阀在制冷系统中起切断或开启制冷剂输送管道的作用，它可防止蒸发器压力异常下降，使车内温度控制在规定范围内，并防止蒸发器结霜。如图3—10：旁通电磁阀装在储液干燥器和压缩机吸气口之间，当压缩机转速升高时，其吸气压力降低，蒸发压力也随之降到规定值以下，这时蒸发器易结霜，此时控制电路使旁通电磁阀开启，一部分高压高温的制冷剂直接被吸入压缩机，压缩机吸气压力上升，蒸发压力也随之上升，当上升到一定值时，控制电路又使旁通电磁阀断电关闭，如此不断循环，将压缩机吸气压力稳定在规定范围内，防止蒸发器结霜。
旁通电磁阀的工作原理是：如图3—10，给电磁线圈通电，产生电磁吸力使阀杆上升，旁通电磁阀既开启；控制电路切断电磁线圈电流时，磁吸力消失，阀杆在重力作用下落回，阀既被关闭。
3.1.4汽车空调系统压力控制
图3—10旁通电磁阀结构
1阀体；2主阀；3阀座；4针阀；5可动片；6返回弹簧；7线圈；8配线；9放松螺母；10主阀阀座。
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为了维持汽车空调系统的正常工作，就必须对其压力或温度进行控制。由于制冷剂的压力和温度有很好的对应关系，控制了蒸发压力，实际上也控制了蒸发温度，这实际上也是另一种控制蒸发温度的方法，这种系统可省去温度开关。若采用压力控制方法，其机构称为吸气压力调节阀，装在蒸发器和压缩机之间，形式主要有蒸发压力调节阀、吸气节流阀和绝对压力调节阀等几种。
（1）蒸发压力调节阀（EPR）
除了用温度控制器调控车厢温度和防止蒸发器结霜外，还有一些汽车空调系统采用蒸发压力调节阀（Evaporator Pressure Regulator,简称EPR）来控制流入压缩机的制冷剂流量，也能起到调控车厢温度和防止蒸发器结霜的作用。蒸发压力调节阀装于蒸发器出口与压缩机入口之间，其形式有EOR—1、EPR—2和EPR—3三种类型。
EPR—2型蒸发压力调节阀 EPR—2型蒸发压力调节阀的结构如图所示，它的控制精度比EPR—1型阀高。其工作原理是：当蒸发器压力正好等于设计压力（0.308Mpa）时，活塞则刚好关闭主气口，并保持不动。当蒸发压力升高时，蒸发压力高与波纹管内气体的膨胀压力，波纹管向左收缩，先导阀打开，活塞右边的备压消失，蒸汽压力推动活塞向右移动使主气口开度增大，制冷剂流量加大；当蒸汽压力下降时，蒸汽压力低于弹簧的弹力，活塞在弹簧力作用下向左移动，主气口开度减小，制冷剂流量减小。当随着发动机转速升高压缩机的转速不断升高时，则蒸发压力继续下降。当蒸发压力下降到0.308Mpa时，弹簧力将活塞推动至主气口关闭，只从小孔供给压缩机极少量制冷剂蒸汽，使蒸发压力不在继续下降，从而防止蒸发器表面结霜。
（2）吸气节流阀（STV）
图3—11吸气节流阀
1主膜片；2固定套；3主弹簧；4进固螺母；5调节螺钉；6筋簧；7真空膜盒；8大气孔；9压力接口；
10溢油管接口；11外平衡管接口；12活塞。
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如图3—11：吸气节流阀(Suction Throttling Valve,简称STV）的作用是将蒸发器的蒸发压力控制在.0298-0.308Mpa范围内，防止蒸发器因温度过低造成表面结冰。它的结构主要由控制阀、真空膜盒和调节机构三大部分组成。控制阀上的五个接口分别为：蒸发器接口、压缩机接口、膨胀阀平衡管接口、溢油管接口和压力表接口。阀体内的活塞上有一个小孔，作用是当活塞全部堵塞住蒸发器到压缩机的制冷剂通路时，从此孔可向压缩机输送少量制冷剂。主膜片是控制活塞动作的元件，蒸发压力和膜盒的真空吸力使主膜片连同活塞向左移动，主弹簧的弹力和膜盒右侧的大气压力使主膜片连同活塞右移，向左和向右的这两种力相抗衡，决定着活塞的位置。
吸气节流阀在高海拔地区行驶时，由于大气压力降低，活塞会向左多移一点距离，使蒸发压力比原设计压力要更低才平衡，这样就会造成蒸发器表面易结霜。此外，吸气节流阀还存在控制精度差和主膜片易泄露的缺点。
（3）绝对压力调节阀（POA）：
再高海拔地区使用绝对压力调节阀则可消除吸气节流阀的缺点。如图3—12：
绝对压力调节阀的工作原理：当压缩机运转时，由于对制冷剂气体的抽吸作用，使绝对压力调节阀的出口压力降低。只要蒸发器出口压力高于控制值（如0.308Mpa），波纹管就收缩，针阀弹簧便将先导阀开启，同时制冷剂压力推动活塞及滑阀右移，制冷剂气体便可流入压缩机。
图3—12绝对压力调节阀
1活塞；2减震板；3压力表接口；4小孔；5活塞环；6针阀；7针阀座；8针阀簧；9波纹管；10弹簧；11滤网；12从蒸发器来；13至压缩机；14滑阀。 |
如压缩机从蒸发器吸入制冷剂的速度加快，吸气压力就降到控制值以下，这时波纹管便膨胀，先导阀便闭合，制冷剂继续流过活塞上的小孔进入POA阀的内部，但不能流过已经闭合的先导阀，于是活塞和滑阀的备压增大，弹簧便推动活塞及滑阀向左移动将蒸发器来的制冷剂通道堵住，制冷剂便停止流动，这时蒸发器压力就会再次升高超过控制值，波纹管便再次收缩，弹簧再次推动先导阀开启，开始下一次循环。这样POA阀便可将蒸发压力控制在0.308Mpa以上，防止了蒸发器表面结霜。
使用绝对压力调节阀的制冷系统，蒸发器能最大程度地发挥其制冷能力而不结冰，因而能将车厢温度控制在一个稳定的范围内。
3.1.5汽车空调系统的车速控制
在由汽车发动机直接驱动压缩机的非独立式空调制冷系统中，压缩机工作时都要消耗一定的发动机功率。尤其发动机低转速运转或怠速工作时，若再用空调制冷压缩机，发动机就会因负荷突然增大而使其转速过低，从而导致发动机因超负荷运转工作不稳甚至熄火，空调制冷系统也因压缩机转速过低使制冷量不足。为此在汽车上设置了怠速控制装置，以满足发动机低速运转或怠速运转时，使用空调制冷压缩机的要求。
（1）怠速控制装置：
发动机怠速控制装置有两种不同型式：一种是自动切断压缩机电磁离合器线圈电路，使压缩机停止工作的装置，通常称为怠速继电器；另一种是当发动机怠速运转又需要空调制冷系统工作时，能自动增大发动机节气门开度，使发动机怠速时的转速略微提高的装置，通常称为怠速提升装置。
（2）怠速继电器：
怠速继电器的作用是：发动机怠速运转时，自动切断压缩机电磁离合器线圈电路，使压缩机停止工作，进而维持发动机怠速稳定运转。
现代轿车上使用的怠速继电器电路原理：如图3—13：发动机转速信号取自于点火线圈接线柱上的点火脉冲信号，脉冲信号频率与发动机转速成正比。当点火脉冲信号由接线柱4送入怠速继电器电路时，电容C1通过电阻R1充电，电容电压提高使三极管V1的导通；当点火脉冲信号消失后，由于C1的放电使V1与导通逐渐转为截止。这样便在V1的集电极获得一个放大了的交流电压信号，此交流电压信号经电容C2耦合，VD3、C3整流滤波后便在电位器RP上获得一个直流电流，且电压的高低与电火线圈接线柱上的点火脉冲信号频率成正比。该电压经电阻R7送入由三极管V2、V3组成的施密特触发器，由施密特触发器的输出电瓶高低来控制三极管V4的导通和截止，进而通过继电器J的触电张开与闭合控制压缩机电磁离合器线圈的电路接通和截止。
由于施密特触发器的回差现象，使得电磁离合器线圈的接通转速高于断开转速，从而可避免发动机在调定转速附近造成电路工作的不稳定状态。电位器RP可用于调节输入到施密特触发器的输入电压，用来调节电磁离合器开始接通和断开时的发动机转速值，一般接通转速为900r/min～1100r/min，断开转速为600r/min～700r/min。
该怠速继电器具有“手动”和“自动”两个控制档位，当“自动”控制档位出现故障时，可将开关“K”拨到“手动”控制档位以应急使用，此时，继电器线圈的电流经手动开关搭铁而构成回路，压缩机的工作状态将不在受发动机转速控制。
（3）怠速提升装置：
怠速提升装置可在发动机处于怠速工况或车速较低的情况下使用空调时，自动提升发动机转速，使发动机输出足够的功率来驱动压缩机。
