汽车空调的基本结构及工作原理.docx

汽车空调的基本结构及工作原理.docx

《汽车空调的基本结构及工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车空调的基本结构及工作原理.docx（64页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

汽车空调的基本结构及工作原理

空调检查与维护

空调的检查维护内容主要包括空调制冷剂量、制冷剂的泄漏、风量、异味、空调怠速、冷气切换确认、暖气切换确认。

    为了更好的理解和分析空调的检查维护内容及方法,我们先认识汽车空调的组成结构及其工作原理。

4.6.1 汽车空调的基本结构及工作原理

汽车空调是用来改善汽车舒适性的设备，可以对车内空气的温度、湿度进行调节，并保持车内的空气清洁。

汽车空调通常都具备以下功能：

    调节温度：

将车内的温度调节到人体感觉适宜的温度。

    调节湿度：

将车内的湿度调节到人体感觉适宜的湿度。

    调节气流：

调节车内出风口的位置、出风的方向及风量的大小。

    净化空气：

滤去空气中的尘土和杂质，或对空气进行杀菌消毒。

                       图4-34空调系统的功能

为完成空调的上述功能，汽车空调系统通常应包括：

    暖风装置：

用以提高车内的温度。

    制冷装置：

用以降低车内的温度，并降低车内的湿度。

    通风装置：

用以调节车内的气流和换气。

    空气净化装置：

用以过滤空气及对空气进行消毒处理。

    目前汽车的空调系统依车辆的配置不同，所具备的装置也有所不同，一般低档汽车只有暖风和通风装置，中高档汽车一般都具备制冷和空气净化装置。

图4-35为空调系统的组成部件在车上的布置，图4-36为典型的手动控制空调系统的控制面板。

图4-37为典型的自动控制空调控制面板。

                   图4-35空调系统在车上的布置

   图4-36手动空调的控制面板

 图4-37自动空调的控制面板

空调系统控制有手动控制和自动控制之分，手动空调需要驾驶员通过旋钮或拨杆对控制对象进行调解，如改变温度等。

自动空调只需驾驶员输入目标温度，空调系统便可按照驾驶员的设定自动进行调节。

4.6.2 制冷剂和压缩机油

4.6.2.1 制冷剂

制冷剂是制冷循环当中传热的载体，通过状态变化吸收和放出热量，因此要求制冷剂在常温下很容易气化，加压后很容易液化，同时在状态变化时要尽可能多的吸收或放出热量（较大的气化或液化潜热）。

同时制冷剂还应具备以下的性质：

    ·不易燃易爆；

    ·无毒；

    ·无腐蚀性；

    ·对环境无害。

    制冷剂的英文名称为refrigerant，所以常用其头一个字母R来代表制冷剂，后面表示制冷剂名称，如R12、R22、R134a等。

过去常用的制冷剂是R12（又称为氟立昂）,这种制冷剂各方面的性能都很好，但是有一个致命的缺点，就是对大气环境的破坏，它能够破坏大气中的臭氧层，使太阳的紫外线直接照射到地球，对植物和动物造成伤害。

我国目前已停止生产用R12作为制冷剂的汽车空调系统。

        R12的替代品目前汽车上广泛采用的是。

R134a在大气压下的沸腾点为-26.9℃，在98kPa的压力下沸腾点为-10.6℃（图4-38）。

如果在常温常压的情况下，将其释放，R134a便会立即吸收热量开始沸腾并转化为气体，对R134a加压后，它也很容易转化为液体。

R134a的特性见图4－39。

该曲线上方为气态，下方为液态，如果要使R134a从气态转变为液态，可以将低温度，也可以提高压力，反之亦然。

    注意：

R12和R134a两种制冷剂不可以互换使用。

                 图4-38 R134a在不同压力下的沸点

                  图4-39 R134a蒸气—压力曲线

4.6.3 冷冻润滑油

在空调制冷系统中有相对运动的部件，需要对其润滑。

由于制冷系统中的工作条件比较特殊，所以需要专门的润滑油——冷冻润滑油。

冷冻润滑油除了起到润滑作用以外，还可以起到冷却、密封和降低机械噪音的作用。

在制冷系统中的润滑油还有一个特殊的要求，就是要与制冷剂相容，并且随着制冷剂一起循环。

因此在冷冻润滑油的选用上，一定要注意正确选用冷冻润滑油的型号，切不可乱用，否则将造成严重后果。

4.6.4 暖风系统

汽车的暖风系统可以将车内的空气或从车外吸入车内的空气加热，提高车内的温度。

汽车的暖风系统有许多类型，按热源的不同可分为热水取暖系统、燃气取暖系统、废气取暖系统等，目前小车上主要采用热水取暖系统，大型车辆上主要采用燃气取暖系统。

4.6.4.1 热水取暖系统

1）热水取暖系统的工作原理

    热水取暖系统的热源通常采用发动机的冷却水，使冷却水流过一个加热器芯，再使用鼓风机将冷空气吹过加热器芯加热空气，使车内的温度升高，见图4－40。

                图4-40 热水取暖系统的工作原理

2）热水取暖系统的组成和部件的安装位置

    热水取暖系统主要由加热器芯、水阀、鼓风机、控制面板等组成。

（1）加热器芯 加热器芯的结构如图4－41所示，由水管和散热器片组成，发动机的冷却水进入加热器芯的水管，通过散热器片散热后，再返回发动机的冷却系统。

                        图4-41 加热器芯

（2）水阀 水阀用来控制进入加热器芯的水量，进而调节暖风系统的加热量，调节时，可通过控制面板上的调节杆或旋钮进行控制，其结构见图4－42。

                         图4-42 水阀

    （3）鼓风机 鼓风机由可调节速度的直流电动机和鼠笼式风扇组成，其作用是将空气吹过加热器芯加热后送入车内。

调节电动机的速度，可以调节向车厢内的送风量。

鼓风机的结构见图4-43。

                        图4-43 鼓风机

3）热水取暖系统调节温度的方式

4）就暖风系统而言，其温度的调节方式有两种，一种是空气混合型，另一种是水流调节型。

（1）空气混合型 这种类型的暖风系统在暖风的气道中安装空气混合调节风门，这个风门可以控制通过加热器芯的空气和不通过加热器芯的空气的比例，实现温度的调节，目前绝大多数汽车均采用这种方式，其示意图见图4-44。

                   图4-44 空气混合型暖风系统

（2）水流调节型 这类暖风系统采用前述的水阀调节流经加热器芯的热水量，改变加热器芯本身的温度，进而调节温度。

其调节的示意图见图4-45。

4.6.4.2 燃气取暖系统

    在大、中型客车上，仅靠发动机冷却水的余热取暖是远远满足不了要求的，为此，在大客车中常采用燃气取暖系统。

燃气取暖系统的示意图见图4-47,燃油和空气在燃烧室中混合燃烧，加热发动机的冷却水，加热后的水进入加热器芯向外散热，降温后返回发动机再进行循环。

1）制冷系统

    制冷系统的作用是将车内的热量通过制冷剂在循环系统中循环转移到车外，实现车内降温，其工作情况如图4-45所示。

制冷系统主要包括制冷循环系统和控制系统等部分。

目前各种车辆的制冷循环系统无多大区别，而控制系统在各车型中差别较大。

本节主要介绍制冷循环部分。

（1） 制冷循环

        a）从前述的制冷原理我们已经知道，通过制冷循环可以将车内的热量转移到车外，根据目前车辆上采用的循环系统，大致可以分为膨胀阀式和膨胀管式两种循环方式。

        b）膨胀阀式制冷循环

        图4-46为膨胀阀式的制冷循环，循环系统主要包括压缩机、冷凝器、储液干燥罐、膨胀阀和蒸发器和管路等主要部件。

        这种制冷循环的工作原理是压缩机将气体的制冷剂提高压力（同时温度也提高），目的是使制冷剂比较容易液化放热。

高压的气体制冷剂进入冷凝器，冷凝器风扇使空气通过冷凝器的缝隙，带走制冷剂放出的热量并使其液化。

液化后的制冷剂进入储液干燥罐，滤掉其中的杂质、水分，同时存储适量的液态的制冷剂以备制冷负荷发生变化时制冷剂不会断流，从储液干燥罐出来的制冷剂流至膨胀阀，从膨胀阀中的节流孔喷出形成雾状制冷剂，雾状的制冷剂进入蒸发器，由于制冷剂的压力急剧下降，便很快蒸发气化，吸收热量，蒸发器外部的风扇使空气不断通过蒸发器的缝隙，其温度下降，使车内温度降低，蒸发器出来的气态制冷剂再进入压缩机重复上述过程。

这种循环系统中的膨胀阀可以根据制冷负荷的大小调节制冷剂的流量。

        c）膨胀管式制冷循环（CCOT方式）膨胀管式的制冷循环系统从制冷的工作原理来看，与膨胀阀式的制冷循环系统无本质的差别，只不过将可调节流的膨胀阀换成不可调节流量的膨胀管，使其结构更加简单，其制冷循环如图4-45所示。

为了防止液态的制冷剂进入压缩机而造成压缩机的损坏，故这种循环系统将储液干燥罐安装在蒸发器的出口，并按照它所起的作用更名为集液器，同时进行气液分离，液体留在罐内，气体进入压缩机，其他部分的工作过程与膨胀阀式的制冷循环相同。

                  图4-45 膨胀管式制冷循环系统

2）制冷循环系统的组成部件

    制冷循环系统中各部件在车上的安装位置如图4-46所示，下面对各主要组成部件分别予以介绍。

               图4-46 制冷循环系统各部件的安装位置

（1） 压缩机

        压缩机的作用是将从蒸发器出来的低温、低压的气态制冷剂通过压缩转变为高温、高压的气态制冷剂，并将其送入冷凝器。

目前在汽车空调系统中所采用的压缩机有多种类型，比较常见的有斜盘式压缩机、叶片式压缩机、涡旋式压缩机、曲轴连杆式压缩机等。

此外，压缩机还可分为定排量和变排量的两种型式，变排量压缩机可根据空调系统的制冷负荷自动改变排量，使空调系统运行更加经济。

        a） 旋转斜盘式压缩机

        结构:

 旋转斜盘式压缩机的结构见图4-47，这种压缩机通常在机体圆周方向上布置有6个或者10个气缸，每个气缸中安装一个双向活塞形成6缸机或10缸机，每个气缸两头都有进气阀和排气阀。

活塞由斜盘驱动在气缸中往复运动，活塞的一侧压缩时，另一侧则为进气。

                 图4-47 旋转斜盘式压缩机的结构

        工作过程:

 旋转斜盘式压缩机的工作过程见图4-48，压缩机轴旋转时，轴上的斜盘同时驱动所有的活塞运动，部分活塞向左运动，部分活塞向右运动。

图中的活塞在向左运动中，活塞左侧的空间缩小，制冷剂被压缩，压力升高，打开排气阀，向外排出，与此同时，活塞右侧空间增大，压力减小，进气阀开启，制冷剂进入气缸。

由于进、排气阀均为单向阀结构，所以保证制冷剂不会倒流。

                图4-48 旋转斜盘压缩机的工作过程

        b） 摇板式压缩机

        结构:

 这种压缩机是一种变排量的压缩机，其结构如图4-49所示，它的结构与旋转斜盘式压缩机类似，通过斜盘驱动周向分布的活塞，只是将双向活塞变为单向活塞，并可通过改变斜盘的角度改变活塞的行程，从而改变压缩机的排量。

压缩机旋转时，压缩机轴驱动与其连接的凸缘盘，凸缘盘上的导向销钉再带动斜盘转动，斜盘最后驱动活塞往复运动。

                图4-49 摇板式压缩机的结构

        工作过程:

 压缩制冷剂的工作过程此处不再重复，这里主要介绍一下变排量的原理，见图4-50，这种压缩机可以根据制冷负荷的大小改变排量，制冷负荷减小时，可以使斜盘的角度减小，减小活塞的行程，使排量降低。

负荷增大时则相反。

下面以负荷减小为例来说明压缩机排量如何减小，制冷负荷的减小会使压缩机低压腔压力降低，低压腔压力降低可使波纹管膨胀而打开控制阀，高压腔的制冷剂便会通过控制阀进入斜盘腔，使斜盘腔的压力升高。

              图4-50摇板式压缩机变排量的工作过程

        c） 曲轴连杆式压缩机

        结构:

 这种压缩机的结构与发动机相似，由曲轴连杆驱动活塞往复运动，一般采用双缸结构，每缸上方装有进排气阀片，压缩机的具体结构见图4-51。

                图4-51 曲轴连杆式压缩机的结构

        工作过程:

 曲轴连杆式压缩机的工作过程见图4-52，整个工作过程由吸气、压缩和排气三个过程组成，活塞下行时进气阀开启，制冷剂进入气缸，活塞上行时，制冷剂被压缩，当达到一定压力时，排气阀打开，制冷剂排出。

        这种压缩机由于体积较大，目前已很少在小车上使用。

                图4-52 曲轴连杆式压缩机的工作过程

（2） 冷凝器

         冷凝器的作用是将压缩机送来的高温、高压的气态制冷剂转变为液态制冷剂，制冷剂在冷凝器中散热而发生状态的改变。

因此冷凝器是一个热交换器，将制冷剂在车内吸收的热量通过冷凝器散发到大气当中。

        小型汽车的冷凝器通常安装在汽车的前面（一般安装在散热器前），通过风扇进行冷却（冷凝器风扇一般与散热器风扇共用，也有车型采用专用的冷凝器风扇）。

        冷凝器的结构如图4-53所示，主要由管路和散热片组成，有一个制冷剂的进口和一个出口。

                        图4-53 冷凝器

    （3） 储液干燥器和集液器

        a）储液干燥器 储液干燥器用于膨胀阀式的制冷循环，其作用是：

        ①暂时存储制冷剂，使制冷剂的流量与制冷负荷相适应；

        ②去除制冷剂中的水分和杂质，确保系统正常运行；（如果系统中有水分，有可能造成水分在系统中结冰，堵塞制冷剂的循环通道，造成故障。

如果制冷剂中有杂质，也可能造成系统堵塞，使系统不能制冷。

）

        ③部分储液干燥罐上装有观察玻璃，可观察制冷剂的流动情况，确定制冷剂的数量；

        ④有些储液干燥罐上装有易熔塞，在系统压力、温度过高时，易熔塞熔化，放出制冷剂，保护系统重要部件不被破坏；

        ⑤还有些储液干燥罐上安装有维修阀，供维修制冷系统安装压力表和加注制冷剂之用；

        ⑥有些车型的储液干燥罐上装有压力开关，可在系统压力不正常时，中止压缩机的工作。

        储液干燥器的结构如图4-54所示，干燥器内有滤网和干燥器，罐的上方有观察玻璃及进口和出口。

                                             图4-54 储液干燥器

        b）集液器 集液器用于膨胀管式的制冷系统，安装在蒸发器出口处的管路中。

由于膨胀管无法调节制冷剂的流量，因此蒸发器出来的制冷剂不一定全部是气体，可能有部分液体，为防止压缩机损坏，故在蒸发器出口处安装集液器，一方面将制冷剂进行气液分离，另一方面起到与储液干燥器相同的作用，其结构如图4－55所示。

                                                   图4-55 集液器

        制冷剂进入集液器后，液体部分沉在集液器底部，气体部分从上面的管路出去进入压缩机。

        （4） 膨胀阀和膨胀管

                a）膨胀阀 膨胀阀安装在蒸发器的入口处，其作用是将储液干燥器来的高温、高压的液态制冷剂从膨胀阀的小孔喷出，使其降压，体积膨胀，转化为雾状制冷剂，在蒸发器中吸热变为气态制冷剂，同时还可根据制冷负荷的大小调节制冷剂的流量，确保蒸发器出口处的制冷剂全部转化为气体。

    膨胀阀的结构形式有三种，分别为外平衡式膨胀阀、内平衡式膨胀阀和H型膨胀阀，下面分别予以介绍。

    外平衡式膨胀阀:

 外平衡式膨胀阀的结构见图4-56，膨胀阀的入口接储液干燥器，出口接蒸发器。

膨胀阀的上部有一个膜片，膜片上方通过一条细管接一个感温包，感温包安装在蒸发器出口的管路上，内部充满制冷剂气体，蒸发器出口处的温度发生变化时，感温包内的气体体积也会发生变化，进而产生压力变化，这个压力变化就作用在膜片的上方。

膜片下方的腔室还有一根平衡管通蒸发器出口。

阀的中部有一阀门，阀门控制制冷剂的流量，阀门的下方有一调整弹簧，弹簧的弹力试图使阀门关闭，弹簧的弹力通过阀门上方的杆作用在膜片的下方。

可以看出，膜片共受到三个力的作用，一个是感温包中制冷剂气体向下的压力，一个是弹簧向上的推力，还有一个是蒸发器出口制冷剂的压力，作用在膜片的下方，阀的开度取决于这三个力综合作用的结果。

                          图4-56外平衡式膨胀阀

当制冷负荷发生变化时，膨胀阀可根据制冷负荷的变化自动调节制冷剂的流量，确保蒸发器出口处的制冷剂全部转化为气体并有一定的过热度。

当制冷负荷减小时，蒸发器出口处的温度就会降低，感温包的温度也会降低，其中的制冷剂气体便会收缩，使膨胀阀膜片上方的压力减小，阀门就会在弹簧和膜片下方气体压力的作用下向上移动，减小阀门的开度，从而减小制冷剂的流量。

反之制冷负荷增大时，阀门的开度会增大，增加制冷剂的流量。

当制冷负荷与制冷剂的流量相适应时，阀门的开度保持不变，维持一定的制冷强度。

    内平衡式膨胀阀:

 内平衡式膨胀阀的结构与外平衡式膨胀阀的结构大同小异，见图4-57，不同之处在于内平衡式膨胀阀没有平衡管，膜片下方的气体压力直接来自于蒸发器的入口。

内平衡式膨胀阀的工作过程与外平衡式膨胀阀的工作过程完全相同。

                       图4-57 内平衡式膨胀阀

    H型膨胀阀:

 采用内、外平衡式膨胀阀的制冷系统，其蒸发器的出口和入口不在一起，因此需要在出口处安装感温包和管路，结构比较复杂。

如果将蒸发器的出口和入口做在一起，就可以将感温包的管路去掉，这就形成了所谓的H型膨胀阀，见图4-58。

                    图4-58 H型膨胀阀

    H型膨胀阀中也有一个膜片，膜片的左方有一个热敏杆，热敏杆的周围是蒸发器出口处的制冷剂，制冷剂的温度的变化（制冷负荷变化）可通过热敏杆使膜片右方的气体的压力发生变化，从而使阀门的开度变化，调节制冷剂的流量以适应制冷负荷的变化。

H型膨胀阀具有结构简单、工作可靠的特点，现在汽车应用越来越广。

        b）膨胀管 

        膨胀管的作用与膨胀阀的作用基本相同，只是将调节制冷剂流量的功能取消了。

其结构见图4-59。

膨胀管的节流孔径是固定的，入口和出口都有滤网。

由于节流管没有运动部件，具有结构简单、成本低、可靠性高、节能的优点，因此美、日等国有许多高级轿车采用膨胀管式制冷循环。

                    图4-59 膨胀管

        c） 蒸发器

        蒸发器也是一个热交换器，膨胀阀喷出的雾状制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收通过蒸发器空气中的热量，使其降温，达到制冷的目的，在降温的同时，溶解在空气中的水分也会由于温度降低凝结出来，蒸发器还要将凝结的水分排出车外。

蒸发器安装在驾驶室仪表台的后面，其结构如图4-60所示，主要由管路和散热片组成，在蒸发器的下方还有接水盘和排水管。

                                                      图4-60 蒸发器

空调制冷系统工作时，鼓风机的风扇将空气吹过蒸发器，空气和和蒸发器内的制冷剂进行热交换，制冷剂气化，空气降温，同时空气中的水分凝结在蒸发器的散热片上，并通过接水盘和排水管排出车外。

        （5） 空调的调节系统

       空调的调节系统有手动调节和自动调节之分，为说明调节系统的工作情况，现已手动调节说明空调调节系统的工作情况。

手动空调的调节包括温度调节、出风口位置调节、鼓风机风速调节和空气的内外循环调节等。

调节是通过空调控制面板上的拨杆或旋钮进行的，空调的控制面板如图4-61所示。

                        图4-61 空调的控制面板

    空调控制面板上有温度调节、气流选择、鼓风机速度、空气进气选择（内外循环选择）、空调开关（A/C）和运行模式选择开关。

其中温度调节、气流选择、空气进气选择是通过气道中的调节风门实现的（图4-62），空调开关和运行模式选择开关、鼓风机速度选择是通过电路控制实现。

空调控制面板到调节风门的控制方式有拉线式和电动式，见图4-63。

                                                图4-62 空调调节系统的调节风门

                                               图4-63 空调调节风门的控制方式

    a） 温度调节

    目前小车的空调系统基本上都是冷气和暖风都采用一个鼓风机，温度调节采用冷暖风混合的方式，在空气的进气道中，所有的空气都通过蒸发器，用一个调节风门控制通过加热器芯的空气量，通过加热器芯的空气和未通过加热器的空气混合后形成不同温度的空气从出风口吹出，实现温度调节。

在空调的控制面板上设有温度调节拨杆或旋钮，用来改变调节风门的位置。

温度调节风门的位置见图4-64、4-65、4-66。

                                                图4-64 温度调节风门在冷的位置

                    图4-65温度调节风门在中间的位置

                                               图4-66 温度调节风门在热的位置

    b） 气流选择调节

    现代轿车空调系统的出风口分别设置了中央出风口、边出风口、脚下出风口、和风挡玻璃除霜出风口等不同的出风口，可以根据需要，选择不同的出风口出风，这种功能是通过控制面板上的气流选择调节拨杆或旋钮进行调节，调节的情况见图4-67～71。

                    图4-67面部出风位置

                 图4-68 面部和脚下出风位置

     图4-69 脚下出风位置

            图4-70 除霜位置

              图4-71 除霜和脚下位置

    c）空气进气选择调节

    空气调节系统可以选择进入车内的空气是外部的新鲜空气还是车内的非新鲜空气，如果选择外部新鲜空气称为外循环，选择车内空气则称为内循环。

这种选择可以通过控制面板上的内外循环选择按钮或拨杆控制进气口处的调节风门实现，见图4-72。

                    图4-72空气进气选择风门

    d）鼓风机转速的调节

    鼓风机转速是通过在鼓风机电路中串入不同的电阻实现的，如图4-73所示，在鼓风机电路中串入3个电阻，通过开关控制，实现4个转速档（空调控制面板上的LO、2、3、HI）。

如果将电阻改为电子控制，则可实现无极调速。

                    图4-73 鼓风机转速的调节

    e）通风系统

    通风系统的作用是将车外的新鲜空气引入车内，将车内的污浊空气排出车外，同时通风系统还具有风窗除霜的作用。

通风系统可使车内的空气保持新鲜，提高车辆的舒适性。

目前汽车上的通风有两种基本的方式，一种是利用汽车行驶中产生的动压进行通