汽车空调系统工作原理与组成

汽车空气调节系统（AirControlSystem）用来控制车内的温度、湿度以及清洁度，通常由暖风装置、冷气装置、通风装置和控制装置组成。

1.暖风装置

汽车用暖风装置使用的热源有三种：一种是发动机冷却液产生的高温能量；第二种是流经发动机机体的热风；第三种是独立的燃烧器燃烧产生的热能。

目前，小型汽车暖风装置所用的能量大多来自发动机的冷却液，称为余热水暖式暖风装置，主要由暖风水阀、暖风散热器、鼓风机、风道系统和操纵机构组成，如图1-70所示。暖风装置中的暖风散热器与冷气装置的蒸发器一起安装在车内的塑料壳体中。

图1-70 小型汽车的暖风装置

1—加热器 2—环形风道 3—后暖风风道 4—吹脚风道 5—除霜风道 6—除霜喷嘴 7—操纵机构总成

余热水暖式暖风装置工作原理如图1-71所示。当打开暖风水阀时，就有高温冷却液流经暖风散热器，同时将热量传给车厢内的空气。通过调节暖风水阀开度、室内外空气循环风量和室内空气流动方向，即可控制驾驶室内的温度和湿度。

2.冷气装置

液体蒸发变成气体时，会从周围环境吸收热量而产生制冷效应。空调系统的冷气装置正是利用制冷剂在低压下吸取热量而汽化，使被冷却对象降温，然后在高温状态下把热量传给周围介质而冷凝成液体，如此周而复始地通过状态的变化而达到热量交换的目的，实现制冷的。

现在车用空调系统的制冷方式很多，有蒸气压缩式、吸收式、空气压缩式等。汽车的制冷方式主要采用蒸气压缩式。

蒸气压缩式空调系统的制冷剂（如R134a）是在封闭管道内循环流动的，在制冷过程中只与外界环境进行能量的交换，没有物质的交换，如图1-72所示。

图1-71 余热水暖式暖风装置工作原理 a）系统循环图 b）管路循环图

1—散热器（水箱） 2—节温器3—暖风水阀 4—暖风散热器 5—发动机 6—旁路 7—水泵

图1-72 空调制冷系统、冷热力循环流程图

1—风机 2—蒸发器 3—液管 4—储液干燥器 5—风扇 6—冷凝器 7—排气管 8—吸气管 9—压缩机 10—膨胀阀

（1）冷气装置的基本组成 冷气装置主要有两类：一类是孔管式；另一类是膨胀阀式。无论是哪种形式，都由空调压缩机（带电磁离合器）、冷凝器、储液干燥器或积累器（气液分离器）、膨胀阀或孔管、蒸发器和高、低压管路等组成。恒温膨胀阀式冷气装置的组成如图1-73所示。

图1-73 恒温膨胀阀式冷气装置的组成

1—压缩机 2—冷凝器 3—储液干燥器（收集碎屑，去湿） 4—A/C压力开关 5—膨胀阀（需要计量进入蒸发器的制冷剂的量） 6—鼓风机风扇 7—蒸发器（吸收热量） 8—蒸发器温度传感器 9—隔热器（当压缩机温度过高时，断开压缩机离合器电路） 10—减压阀（当压力过高时，泄掉部分制冷剂）

（2）冷气装置主要总成的作用 空调压缩机是制冷剂循环流动的动力源。其作用是吸入蒸发器内的气态制冷剂，并将其加压成为高压高温气体（约80℃，1.5MPa）后送到冷凝器中。冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂的热量，利用车外低温空气及冷却风扇的冷却作用散发到车外空气中，使制冷剂变为液体（约50℃，1.5MPa）。储液干燥器的作用是吸收制冷系统中的水分，滤除杂质和储存部分液态制冷剂。膨胀阀的作用是根据蒸发器的制冷负荷自动调节制冷剂的流量，以达到控制车内温度的目的，另外在压缩机停止工作时还可以防止制冷剂倒流。蒸发器的作用是吸收车内的热量，将制冷剂由液体变为气体。

（3）制冷循环过程

1）压缩过程。压缩机从蒸发器中吸入低温低压气体制冷剂，并将其压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。

2）冷凝过程。进入冷凝器的高温高压气态制冷剂与环境空气进行热交换，放出热量。当制冷剂的温度降至40～50℃时便开始凝结成液体。

3）喷雾过程。高压液体制冷剂流经具有节流作用的膨胀阀时，由于体积的急剧膨胀会形成低压、低温的雾状制冷剂。

4）蒸发过程。由膨胀阀喷出的低压、低温雾状制冷剂在蒸发器内继续吸收蒸发器周围空气中的热量而蒸发，同时这部分空气被冷却。

在压缩机运转过程中，上述4个过程不断循环，即可达到降低车内空气温度的目的，而包含在空气中的水蒸气由于温度的降低成为液态水被排出车外，同时达到降低空气湿度的目的。(www.xing528.com)

3.通风装置

汽车空调的通风装置有自然通风和强制通风两种。通常乘用车用的冷、暖空调系统共用通风装置。通风装置由风箱及风门挡板组成，如图1-74所示。通风装置的作用是根据需要输出不同方向、不同风量的清洁空气。

图1-74 空调通风系统的结构

空调的通风路径如图1-75所示。为了把经过空调处理的风吹向所需要的位置，在仪表板的左右及中部、后排乘员前部和侧面、乘员脚下等部位设有通风口。为了除去玻璃上的霜雾，在风窗玻璃处也设有多个除霜器喷嘴。

如图1-75所示，鼓风机用来将车外或车内的空气吹向蒸发器，风门1用来控制外气与内气的转换，空气混合挡板2用来控制车内空气的温度（最冷、适中、最暖），风门挡板3、4、5、6、7用来控制车内空气的流动分配情况。这些挡板不是分别工作的，而是保持一定的关系，进行连动工作。当风门3打开时，向中央、旁侧及后面通风口吹风。当风门4打开时，向前后座脚下吹风。当风门5打开时，向风窗玻璃及门窗吹风除霜。风门挡板8在炎热天气、驻车状态需要急速冷却时打开，以增加冷风量。此外，图1-75中a～d挡板是乘员按照自己的爱好可手动开关的辅助风门挡板。

4.控制装置

为了保证空调系统能协调一致地工作，避免损坏并与整车性能匹配，必须装备一些必要的开关与安全保护组件。基本电气控制组件包括空调系统A/C电源开关、电磁离合器、鼓风机转速开关、变阻器、各种温度开关、高低压力开关、速度控制开关、各种继电器及冷却风扇工作开关等，用于控制空调压缩机、鼓风机、风门、冷却风扇等的工作。当蒸发器温度低于3℃、环境温度低于5℃，或系统高压高于2.8MPa、低压低于0.25MPa时，控制装置使压缩机停止工作。

自动空调系统由传感器、ECU及执行器组成。传感器可将有关信息传输给ECU；执行器是按照ECU发出的有关指令进行运转工作的伺服系统；ECU则通过对传感器的信号和驾驶人预调信号的处理、计算、比较，输出不同的电信号，控制各执行机构工作，使车内空气质量满足舒适性的要求。同时，ECU接收到有关执行器的反馈信号（位移电位计）后，进一步精确控制车内空气温度和湿度等。大多数自动空调系统是一个一体化设计的综合装置，可以单独获得冷风、暖风，以及进行通风除霜和使被调空气先降温再除霜等。

图1-75 空调的通风路径

5.空调系统的控制电路与控制原理

（1）普通空调系统的控制电路与控制原理

1）压缩机电磁离合器的控制。电磁离合器是由空调开关A/C、压力保护开关、温度控制开关、鼓风机风扇开关、过热保护开关等串联控制的，如图1-76所示。只要满足工作条件，这些开关将接通电磁离合器继电器线圈接地电路，于是电磁离合器继电器触点闭合，电磁离合器工作。

图1-76 普通空调压缩机控制电路

2）鼓风机转速的控制。鼓风机转速的控制可分为有级转速控制和无级转速控制两种。有级转速控制的鼓风机电路用一个电阻器来控制电动机的运转速度，如图1-77a所示。无级转速控制的鼓风机电路采用改变晶体管基极电流的方式控制鼓风机的运转速度，如图1-77b所示。

图1-77 鼓风机转速控制的电路图

a）有级控制 b）无级控制

3）发动机的控制。在发动机怠速工作时打开空调，会加大发动机的负荷，引起怠速转速的降低，这就需要通过怠速控制阀提高怠速转速，以保持怠速的稳定。当发动机急加速、大负荷或自动变速器换挡时，也需要自动切断压缩机的工作，以保证汽车有足够的动力或减轻换挡冲击。当发动机冷却液温度过高（通常为120℃）时，需要停止压缩机的工作，以保护发动机。

（2）自动空调系统控制功能

1）性能控制。按照乘员的需要实现车内温度、风量、运转方式、换气量等的自动控制。

2）节能控制。主要有压缩机运转速度及运转时刻控制；压缩机排气量控制；随温度的变化进行内、外换气的自动切换，自动转入经济运行；根据发动机转速、冷却液温度变化、汽车的有关性能变化等自动切断压缩机电磁离合器电源等。

3）安全报警。制冷剂不足、压力过高或过低、温度过高或过低、电磁离合器打滑时的报警。

4）故障诊断存储。自动空调系统具有自诊断功能。当空调控制系统发生故障时，ECU将故障部位用故障码的形式存储起来，在修理时可以通过空调控制面板或解码器读出故障码，以帮助维修人员排除故障。

5）显示功能。能显示环境温度、设定温度、控制温度、控制方式、运转方式等。