第九章 空调系统
    第一节空调系统组成
    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、控制系统和空气净化系统五个基本组成部分。
    一、制冷系统
    对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却，以实现降低车内温度的目的。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。
    二、暖风系统
    轿车的暖风系统一般利用冷却液的热量，将发动机的冷却液引入车室内的暖风散热器中，通过鼓风机将被加热的空气吹入车内，以提高车内空气的温度；同时暖风系统还可以对前风窗玻璃进行除霜、除雾。
    三、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；强制通风是采用鼓风机强制外气进入的方式，这种方式在汽车行驶时，常与自然通风一起工作。在通风系统中主要有空气处理室、送风道及风门等部件。
    四、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，用以对引入的空气进行过滤，不断排出车内的污浊气体，保持车内空气清洁。
    五、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。一方面用以对制冷和暖风系统的温度、压力进行控制，另一方面对车室内空气的温度、风量、流向进行操纵，完善了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可单独使用。如在车顶上安装两个或三个独立的强制换气扇用于车内通风换气，冬季用独立的燃油燃烧式加热器为车内供暖，而夏季则用由专门的副发动机（空调发动机）驱动的独立式冷气系统为车内提供冷气。
    在小型客车和轿车上，则将上述各系统有机地结合起来，组成同时具有暖风、通风、降温除湿、挡风玻璃除霜除雾等功能的冷、暖一体化空调系统（称全空调系统）。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方式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／湿度调节精度高、出风分布均匀、容易实现空调系统的自动化控制。

     第二节 空调制冷系统
      一、制冷系统工作原理
    汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器等组成，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。
    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，每一循环有压缩过程、冷凝过程、膨胀过程和蒸发过程四个基本过程，如图9-1所示。

    1．压缩过程
    压缩机将蒸发器低压侧温度约为0℃、气压约0.15MPa的低温低压气态制冷剂增压成高温70～80℃、高压约1.5MPa的气态制冷剂。高压高温的过热制冷剂气体被送往冷凝器冷却降温。
    2．冷凝过程
    过热气态制冷剂进入冷凝器，散热冷凝为液态制冷剂，使制冷剂的状态发生变化。冷凝过程的后期，制冷剂呈中温，气压为1.0～1.2MPa的过冷液体。
    3.膨胀过程
    冷凝后的液态制冷剂经过膨胀阀后体积变大，其压力和温度急剧下降，变成低温约-5℃、低压约为0.15MPa的湿蒸气，以便进入蒸发器中迅速吸热蒸发。在膨胀过程中同时进行节流控制，以便供给蒸发器所需的制冷剂，从而达到控制温度的目的。
    4.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，吸收车内空气的热量。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，反复地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，不断在蒸发器中吸热汽化，对车内空气进行制冷降温。
    桑塔纳2000型轿车汽车空调制冷系统为例，桑塔纳2000型轿车采用制冷剂为R134a的空调系统，在车上布置如图9-2所示。

    二、制冷系统调控部件
    为了保证汽车空调制冷系统的正常、安全、可靠地工作，以及对其工作状况进行必要的调节和控制，以满足车内所要求的温／湿度条件，在汽车空调制冷系统中必须要有的调控部件。
   （一）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，它是汽车空调控制系统中最重要的部件之一，受温度控制器、空调A/C开关、空调放大器、压力开关等元器件的控制。
    电磁离合器一般安装在压缩机前端而成为压缩机总成的一部分，主要由电磁线圈、皮带轮、压盘、轴承等零件组成，如图9-3所示。皮带轮通过一根三角皮带由发动机曲轴前端的皮带轮驱动；压盘通过3只片簧或橡胶弹簧与压盘轮毅相连接，压盘轮毅则通过一只平键与压缩机前端的伸出轴相连接；电磁线圈固定在皮带轮内压缩机前端盖上。

当电磁线圈不通电时，在3只片簧的作用下使压盘与皮带轮外端面之间保持一定的间隙（0.4～1.0mm），皮带轮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，在皮带轮外端面产生很强的电磁吸力，将压盘紧紧地吸在皮带轮端面上，皮带轮便通过压盘带动压缩机轴一起转动而使压缩机工作。
   （二）蒸发器温度控制器
    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换热翅片间的空气通道，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（简称温控器）的作用即是根据蒸发器表面温度的高低接通和断开电磁离合器电路，控制压缩机开停，而使蒸发器表面的温度保持在上述温度范围之内。
    常用的温控器有机械波纹管式（如上海桑塔纳、一汽奥迪100型轿车的空调系统所用的温控器）和热敏电阻式（如天津夏利、长安奥托微型轿车的空调系统所用的温控器）两种。
    1．机械波纹管式温度控制器（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9-4所示。在感温管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通，另一端则插入蒸发器的盘管翅片内20～25cm。

    当蒸发器温度较高时，插在其上的感温管温度也相应较高，因而其内部制冷剂液体膨胀，压力相应较高而波纹伸缩管伸长，推动与它相连的传动杠杆放大机构使触点闭合，于是电磁离合器通电吸合，压缩机开始运转制冷，蒸发器温度开始下降，感温管温度随之下降，其内部制冷剂压力也下降而使波纹伸缩管逐渐收缩。当蒸发器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放大机构使触点断开，电磁离合器线圈断电，压缩机停止运转，系统停止制冷而使蒸发器温度开始上升，当蒸发器温度升到调定温度的上限值（如4 ℃）时，温控器触点闭合将使压缩机重新运转制冷，蒸发器温度又上升，如此往复便可使蒸发器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，从而改变蒸发器的温度调节范围。
    2．热敏电阻式温度控制器
热敏电阻式电子温控器是利用热敏电阻的负温度特性（即温度升高、电阻值减小、温度下降则电阻值增加），以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9-5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VT1、VT2、VT3和VT4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感受蒸发器出口侧冷气的温度，调定温度由温度调节电位器⑧设定，动合型继电器由三极管VT4控制，其触点串联在压缩机电磁离合器电路中。

    当蒸发器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VT3截止，VT4导通，于是继电器磁化线圈②通电，触点闭合，电磁离合器电路接通，使压缩机运转制冷。蒸发器温度下降；当蒸发器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VT3导通、VT4截止，继电器磁化线圈②断电，触点断开，切断了电磁离合器电路而使压缩机停止运转，蒸发器温度开始升高，当升至调定温度上限值时，电子温控器使压缩机重新运转制冷，蒸发器温度再次下降，如此往复便使蒸发器温度控制在调定的温度范围之内。
   （三）发动机转速控制器
    1．怠速控制装置
    在非独立式汽车制冷系统中，制冷压缩机是由发动机带动，当发动机处于怠速状态或汽车低速行驶时，制冷系统工作容易出现下列不良的情况：
    发动机在怠速或低速时，冷却系统散热器的散热主要靠冷却风扇，而低速时风压和风量均不充足，散热效果差，冷却液温度升高。同时，由于非独立式制冷系统的冷凝器通常安装在散热器前面，将进一步影响发动机散热器散热，发动机容易过热，影响发动机正常工作。
    发动机处于怠速时，发电机发出的电能严重不足，制冷系统还要大量消耗蓄电池的电能，这是一种很不利的工况。
    由于以上情况，再加上发动机的辐射热增加，会使冷凝器的冷凝温度和冷凝压力异常升高，压缩机功耗迅速增大。可能会引起两方面的问题：①增加了发动机在怠速时的负荷，导致工作不稳定，甚至熄火；②会引起电磁离合器打滑或传动皮带损坏。
    因此飞由发动机带动制冷压缩机的非独立式制冷系统，为了保证汽车的怠速性能，必须增加发动机怠速控制器。
    发动机怠速控制器有两种类型：一种是自动切断压缩机的离合器电路，使制冷系统停止工作，减轻发动机负荷，稳定发动机的怠速性能；另一种是当发动机怠速还需要使用制冷系统时，发动机能自动加大化油器的节气门开度，使发动机在怠速时转速提高，既能保证有足够的动力维持制冷系统工作，又能保证自身正常运转。
   （1）怠速继电器。怠速继电器的主要功能是防止汽车怠速时，由于压缩机负荷造成的发动机工作不稳定，可采用在发动机处于怠速运转时自动切断压缩机电磁离合器电流，使压缩机停止工作的方法来稳定发动机转速。这种方法是利用点火线圈的脉冲数作为控制信号的。汽车制冷系统的怠速控制线一般都是接在点火线圈的低压负极上。
   （2）怠速提高装置。怠速继电器的作用是发动机转速低到某一最低转速时，通过电磁离合器分离，使制冷压缩机停止运转，以保证发动机正常运转。使制冷系统停止工作，一这种措施并不理想，有的汽车采用怠速时加大化油器节气门开度的方法来提高发动机的转速，使发动机在怠速时带动制冷压缩机仍能维持正常运转。
目前使用的怠速提高装置有两种不同的结构类型。一种是在化油器进气腔中设置节气门位置控制器。另一种是设置专用的机械式调速控制器。高级轿车化油器式发动机上大都采用节气门位置控制器来提高发动机怠速转速。

    2.加速控制装置
    汽车行驶加速或超车加速，都需要尽可能大的发动机功率来提高车速，此时应切断电磁离合器线圈电路，使压缩机停止工作。为此，大多数汽车上都设置了加速控制装置。目前，汽车上使用较多的加速控制装置如图9-6所示。

    加速控制装置由加速开关和延迟继电器组成。加速开关一般装在加速踏板下，或装在其他位置通过连杆或钢索来操纵。当加速踏板踏下行程达到最大行程的90％时，加速开关及延迟继电器切断电磁离合线圈电路，使压缩机停止工作，解除了压缩机的动力负荷，发动机的全部输出功率用来克服加速时的阻力，提高了车速。当踏板行程小于90％或加速开关打开后延时十几秒后，则自动接通电磁离合器线圈电路，使压缩机又自动恢复工作。

   （四）压力开关
    压力开关也称制冷系统压力继电器，分为高压开关、低压开关和高、低压双向复合开关三种，一般安装在空调制冷系统高压管路上，当制冷系统工作压力异常（过高或过低）时，它便自动切断电磁离合器电路，使压缩机停止运转或接通冷凝风扇高速挡开关，使冷凝风扇高速运转，从而保护制冷系统不致进一步损坏。
    高、低压双向复合开关则同时具有高压开关和低压开关的双重功能。高压开关和低压开关的结构及外形如图9-7所示。

   （五）冷却液温度开关
    冷却液温度开关，也称水温开关，其作用是防止发动机在过热的情况下使用空调。它一般安装在发动机冷却液管路上，当冷却液温度超过某一规定值（如10℃）时，触点断开使压缩机停止运转，冷却液温度下降后开关自动恢复闭合状态。

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