论文：汽车空调技术浅析

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汽车空调技术浅析

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汽车空调技术浅析

摘要

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，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。。本文简单介绍了汽车空调系统的功能、原理和组成，并对多发汽车空调故障做出简单描述，介绍了检测故障的简单方法。

关键词：汽车空调，功能，故障，检测方法

Abstract

With the rapid development of automobile industry and rising living standards, cars began to enter every household. It has always been pursuing the car in safety, reliability at the same time, are now more focus on comfort requirements. Thus, the air conditioning system as the basic equipment of modern cars, has become the inevitable.

20 years of this century since the birth of car air conditioning, car air conditioning system with the popularity and development of air-conditioning control experienced a transition from simple to complex, then complex to the simple process. . This article explains the function of car air conditioning systems, theory and composition, and multiple automotive air conditioning failure to make a brief description, describes a simple method to detect faults.

Key words:Automotive air conditioning, functional, fault detection method

目录

第一章汽车空调概述 (6)

1．1汽车空调的功能 (6)

1．2汽车空调系统的组成 (7)

第二章空调系统的工作原理与主要构成部件 (7)

2.1空调系统的工作原理 (8)

2.2空调系统的主要构成部件 (8)

第三章空调供暖系统 (9)

3.1组成部分

3.2工作原理

3.3发动机关闭状态下加热器的工作

3.4电动和混合动力车辆的供暖系统

第四章空调系统检查和故障诊断程序 (11)

3.1电器控制系统故障 (11)

3.2机械部分故障 (11)

3.3制冷剂和冷冻润滑有引起故障 (12)

3.4汽车空调系统故障诊断方法 (12)

总结 (14)

致谢 (15)

主要参考文献 (16)

1汽车空调的功能

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.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。

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。

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。

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。

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。

1．2汽车空调系统的组成

汽车空调系统按其功能可分为制冷系统、采暖系统，通风系统和控制系4个基本组成部分。

1.制冷系统是汽车空调系统最重要的子系统，其主要功能是夏季为车内提供冷气，因为作为冷源的蒸发器的温度低于空气的露点温度，所以制冷系统还具有除湿和净化空气的作用。

2. 采暖系统又称为暖风系统，其主要功用在冬季为车内提供暖气以及挡风玻璃除霜除雾。

3. 通风系统的功能是净化车内空气，保持车内空气新鲜舒适。

4 .控制系统的功用是控制空调空调系统工作，实现制冷、采暖和通风。控制系统一方面要对制冷和采暖系统的温度、压力进行控制，另一方面要对车内空气的温度、风向、流向进行操纵控制，从而实现空调系统的各项功能。

1.3制冷剂（R134a）

（1）在适当蒸发温度时，蒸发压力不低于大气压。

（2）在适当冷凝压力时，温度不能过高。

（3）无色、无味、无毒、无刺激性、无腐蚀性，对人体健康无损害。

（4）不易燃烧，不易爆炸。

（5）价格合理，来源丰富，性能系数较高。

（6）与冷冻机油接触时，化学、物理安定性良好。

（7）有较低的凝固点，能在低温下工作，泄漏时容易检测。

使用制冷剂的注意事项

（1）装制冷剂的钢瓶要储存在阴凉、干燥、通风的地方，运输过程中要防止振动和撞击。

第二章空调系统的工作原理与主要构成部件

2.1空调系统的工作原理

1.制冷系统原理：汽车空调的压缩机依靠汽车发动机的动力提供,汽车在怠速状态下打开空调制冷怠速会明显增大,油耗也会相应的增加,油耗增加的大小与环境温度有最直接的关系,环境温度高制冷剂膨胀的压力大,发动机驱动空调的消耗也相应加大,环境温度低油耗相应减少。

2.制热系统原理：汽车空调制热与压缩机没有丝毫关系,制热的热源不是空调本身获取的,是由汽车的散热水箱（中控台下面的暖风机总成内的副水箱）提供,早晨在热车前空调吹出来的是冷风,待热车后空调热风源源不断的送出来,制热本身基本没有能量消耗,是利用汽车的余热完成的.但在冬季，为了提升水温，加大喷油量，也使耗油量增加。但是只是在启动初期，等发动机运转正常，就是利用发动机的散热来供暖了。（而有的柴油车由于水温上升慢，为了一发动车就能享受到暖风，所以在暖风机里面加有电热丝）。

3.通风：通风分为内循环和外循环, 使用内循环时车内空气基本不与外界交流,使用外循环时位于挡风玻璃下的新风口会将外界的空气源源不断的送进来,以保持车内空气的清新.

除湿：空调制冷的过程就是除湿的过程,从制冷时产生的大量冷凝水就可以看出来了,在湿度较大的阴雨天气或是温差太大的时候车内的玻璃上容易起雾,打开空调驱雾就是一个除湿的过程。

2.2空调系统的主要构成部件

1.压缩机：空调压缩机的作用是使制冷剂完成从气态到液态的转变过程，

达到制冷剂散热凝露的目的。同时在整个空调系统，压缩机还是管路内介质运转的压力源，没有它，系统不仅不制冷而且还失去了运行的动力。空调压缩机种类繁多，形式各异，主要有斜盘式（翘板式）、曲柄连杆式、转子式、叶片式、螺杆式和涡旋式六种，汽车空调系统一般采用斜盘式压缩机。

2.冷凝器:冷凝器的功用是将空调压缩机送来的高温、高压气态制冷剂中的热量散发到车外，使制冷剂凝成高温、高压液体再进入储液干燥器。

冷凝器一般都安装在汽车发动机冷却液散热器后面，以利于车辆行驶中的迎面来风冷却散热。为了保证良好的散热效果和提高制冷能力，在冷凝器前面还安装有风扇。当空调系统工作或发动机的冷却液温度上升到一定值时，温控开关自动接通风扇电路，增强冷凝器和散热器的散热效果。

冷凝器是一种由铜管（或铝管）与散热片（铝片或铁片）组成的热交换器。按散热片结构不通，冷凝器可分为管片式和管带式两种。虽然管带较管片式工艺复杂，成本较高，但是由于散热效率较管片式高10%左右，所以现代轿车空调系统一般都用管带式冷凝器。

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：一是节流降压，即将来自储液干燥器的高温高压液态制冷剂过节流变成低温低压制冷剂，保证制冷剂在蒸发器内蒸发汽化吸热，降低车内温度；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。

5.储液干燥器：储液干燥器由罐体、干燥剂、输液管、滤网、制冷剂充注阀、观察孔、制冷剂进口与出口接头等组成。安装在冷凝器与膨胀阀之间，其功用一是临时储存制冷剂，保证制冷循环连续稳定地进行；二是吸收制冷制中的水分，防止制冷剂系统发生冰塞。所谓冰塞是只温度过低导致水分结冰而发生堵塞。

6.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

7.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。

8.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

9.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。

第四章空调系统检查和故障诊断程序

汽车空调系统故障的直接表现为制冷（采暖）失效或冷暖气不足，其产生原因一般有电器故障、机械故障、制冷剂和冷冻润滑油引起。

4.1电器控制系统故障

汽车空调系统电气控制主要有电磁离合器电路，鼓风机电路、空调系统保护电路装置，温度控制及发动机转速控制电路等。自动空调系统还包括电子控制单元（ECU）及多个感知传感器元件。该系统一般具备故障自我诊断功能，且以一定的方式显示故障情况，以便及时处理。由于汽车工作条件，雨水、灰尘容易使电器元件失效，造成空调系统不工作或工作效率降低。例如电磁离合器线圈因潮湿烧毁或温控开关损坏，离合器无法接合、空调器不能制冷。其他如风机路（包括机电线圈及调速电阻）故障，则系统制冷效率下降或不能工作。采暖部分电路故障，则暖风系统不能工作。电器系统除以上常见故障外，蓄电池容量下降或性能变坏，也不可忽视。

4.2机械部分故障

汽车空调系统不制冷故障诊断，机械故障主要有电磁离合器机械零件工作不正常，造成压缩机不工作。诸如离合器与发动机之间传动带过松，离合器摩擦片

过度磨损以及离合器轴承损坏等。空调压缩机故障有密封件磨损或损坏，进、排气阀工作不正常等、使压缩机不能有效压缩制冷剂。此外还有制冷系统循环堵塞（冰堵、脏堵），发动机在停车制冷工作时怠速过低易熄火（可调节真空怠速提升装置）。非独立式暖风系统以发动机冷却水为热源，有的汽车平时把通往暖热交换器冷却水路关闭，冬季首次使用采暖时应把冷却水三通阀打开。

4.3制冷剂和冷冻润滑有引起故障

根据统计制冷剂和冷冻润滑有引起故障占空调系统制冷故障的30%左右，其特点是主要由于汽车工作的动载、振动及高温或高寒露天环境条件下，制冷循环管路容易松动、变形甚至开裂造成制冷剂泄露，结果造成不制冷或制冷效率下降。封闭元件变形或损坏、也会引起上述故障。目前对制冷剂泄露的检查方法主要有：肥皂液检漏法、素灯检漏法和电子检漏仪检漏法。专业检漏一般采用电子检漏，因为起使用方便、安全可靠。为了保证压缩机运用副之间良好的润滑，散热、密封及降噪声要求，冷冻机有不足或变质，易使压缩机发热甚至损坏，故在补充制冷剂同时应补充或更换适量的冷冻油。

利用热泵反向制冷采暖的冷暖空调系统，原理同制冷系统一致，所不同的是制冷循环回路中增加了电磁四通换向阀。这种空调系统只在少数过国外汽车产品上有，国内汽车产品少见。空调在使用一定期限后，工作环境中的尘土易使热交换器换热效率降低而影响制冷效果，一般可采用清晰除尘去垢、制冷循环管路内部亦可采用专业清晰出垢，以保证良好的制冷效果。

4.4汽车空调系统故障诊断方法

1、看：（1）一般大客车车空调制冷系统的高压液路上单独设有一玻璃观察窗，小型车的观察窗一般则装在干燥过虑器罐上。空调系统运行过程中，通过系统的玻璃观察窗，可以大致判断制冷流量是否合适。

（2）检查制冷剂软管的管路上是否有油污和损坏，油污和油垢表示可能有泄漏。应当盖上每一个空调测试口。

（3）检查通往离合器、鼓风机电动机和所有空调开关的电线是否是好的、紧密的连接，是否存在损坏。

（4）检查散热器冷却风扇、风扇离合器或电动机和风扇罩的状况；

（5）

2、听：就是听机器运转的声音是否有异常，主要包括：

(1)听压缩机运转时有无杂音是否有异常，有则不正常；

(2)听鼓风机、冷凝风扇电动机等运转时是否有杂音，有则为不正常；

(3)若有皮带声，说明皮带打滑；

(4)若有尖叫声，则为电磁离合器磁力线圈老化，磁吸力不够，离合器片打滑所致。

3、摸：当制冷系统及其主要部件出现故障是，常会导致系统管路及主要部件的外表温度出现异常。因此，根据外表温度的变化，可以粗略地判断系统的工作状态及主要部件性能的好坏

4、测：通过看、听、摸诊断方法的同时，如果能够使用压力表侧出制冷循环系统高、低压两侧压力，将使判断的结果更为准确。利用短路实验方法判断系统控制电路的工作状况在空调系统的使用过程中，若电器系统存在故障，一般应首先对控制电路的工作状况进行检查。如经检查排除线路故障的可能性后，才可对用电装置和控制元件进行拆修或检查。

判断空调系统控制电路的工作情况时，一般可以采短路试验法，用导线将某段控制电路或电路中个别元器件短接，让电流从导线上经过。如果用电装置工作恢复正常，则说明被短接的这段电路或元器件有故障。但利用短路试验法检查空调系统的空制电路时应注意，如果是电路的熔断器烧坏，不能用导线短接。为防止损坏用电装置或电器元件，一定要在查清熔断器的熔断原因并加以排后，再用规格相同的熔断器进行更换。

第三章空调供暖系统

3.1空调供暖系统的组成

空调供暖系统是由加热芯、软管等组成，有些系统包括控制阀。

3.2工作原理

通向加热器芯的进口管与发动机节温器或者发动机上冷却液最热区域附近的出口相连，加热器芯的出口软管通向发动机水泵进口附近的一个接头，这个区域的冷却液压力最低。当发动机工作时，冷却液流经发动机的水套和加热芯，被加热的冷却液使加热器芯和流经它的空气变暖。在一些发动机上有一个三相设计自动调温器，当发动机过热时，用来关闭流向加热芯的冷却液。

3.3发动机关闭状态下加热器的工作

有些车辆可以在发动机可以在发动机关闭时使加热器继续保持工作。在天冷时，这会使车内的乘客保持温暖。加热器的主要部件是一个电泵和一个旁通阀关闭，当加热器打开且发动机关闭时，旁通阀关闭，电泵继续工作来维持热的冷却液流经加热器芯；当加热器打开，发动机工作时，泵关闭而旁通道打开，使加热器正常工作。

3.4电动和混合动力车辆的供暖系统

电动车辆没有发动机；混合动力车辆用发动机，但工作时间短，不足以使冷却液热起来，并把热量提供给加热器。一些超低排量的车辆也不能产生足够的余热提供给加热器。丰田Prius混合动力车辆在加热芯内有两个PTC(正温度系数)加热元件。

电动车辆给空调配的热泵包括一个阀门，这个阀门在冷凝器和蒸发器之间转换流体的流动。热泵转换了冷凝器到蒸发器的热传递，这与国内的家用热泵加热住宅的原理一样。一些电动和混合动力车辆用一个电阻加热器作为加热器的补充，这大大增加了蓄电池的耗电量，明显的缩小了工作范围。

3.5加热器芯的简述

加热器芯是一个与冷凝器、蒸发器和散热器相似的热交换器，热从冷却液传到叶片和流经散热器芯的空气中。与其他热交换器一样，加热器的叶片与空气的接触面积很大，使得热交换与空气流动充分进行。

大多书加热器有一个细胞形的构造，有点像板形蒸发器，管子由两片褶皱的黄铜板或铝板连接而成。褶皱的叶片装在成对的管子中间，在大多数的加热器芯中，加热器芯末端的容积作为一个歧管使流体流回加热器。

总结

汽车空调装置已成为汽车中具有举足轻重的功能部件。汽车空调系统为汽车提供制冷、取暖、除霜、空气过滤和湿度控制功能，使乘室内人员更加舒适。汽车空调控制系统由制冷系统、采暖系统，通风系统和控制系统4个基本组成部分。本论文研究过程中对空调系统装置基本器件的组成及工作原理做了说明以便加深对所研究内容的深入了解。通过对一般空调系统的故障现象进行描述并对一般故障的检测方法做个大概的讲解。希望对了解汽车空调系统有所帮助。

致谢

大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。

首先诚挚的感谢我的论文指导老师武文建。他在忙碌的工作中挤出时间来审查、修改我的论文。还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教学和不拘一格的思路给与无尽的启迪。

感谢三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。

参考文献

[1]李良洪，汽车空调系统维修图解.北京：电子工业出版社，2006.5

[2]舒华，姚国平，汽车电器设备与维修.北京：北京理工大学出版社，2005.5