汽车手动空调故障分析

一、工作表：分析手动空调系统的电路原理图

二、参考信息

分析可能的故障原因的前提条件是明确手动空调系统的电路原理图。

（一）手动空调电气部件

1.蒸发器温度传感器G153

蒸发器温度传感器（图1-69）用于测量蒸发器散热片之间的温度。其信号被送至空调控制单元。当蒸发器的温度过低时，压缩机便停止工作；当蒸发器的温度在-1 ℃～0 ℃范围内时，压缩机关闭；当蒸发器的温度达到约3 ℃时，压缩机开启。这样就可以避免由于冷凝水冻结而发生结冰的情况。有些空调系统用蒸发器温度开关E33取代蒸发器温度传感器G153，可直接通过此开关断开电磁离合器的电源；另一些空调系统则使用环境温度开关实现此功能。

图1-69　蒸发器温度传感器G153

2.三挡压力开关

三挡压力开关安装在冷凝器到膨胀阀的高压管路上。其作用是检测高压管路中制冷剂的压力，从而控制压缩机电磁离合器的接通和断开，并且控制冷却风扇的高速和低速运转。

三挡压力开关曾应用在捷达轿车上。其有两个触点。其中一个触点是常闭触点，该触点是控制压缩机接通和断开的。当制冷回路高压侧压力为0.22～3.2 MPa时，该触点是闭合的，压缩机电磁离合器处于接通状态，空调系统正常工作；当制冷回路高压侧压力低于0.22 MPa或高于3.2 MPa时，该触点是断开的，压缩机电磁离合器处于断开状态，实现了高压保护和低压保护。另一个触点是常开触点，该触点控制冷却风扇的高速和低速运转。当制冷回路高压侧压力高于1.6 MPa时，该触点闭合，控制冷却风扇高速运转。在环境温度较高，空调制冷系统负荷较大时，高压侧压力升高，冷却风扇必须高速运转以加强冷却。

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三挡压力开关

3.压力开关F129

随着电子技术的发展，三挡压力开关逐渐被压力开关F129所取代，用在奥迪轿车上。压力开关F129是一个三通式组合开关，用于保护冷却气流（风扇回路）和保持适当的压力，如图1-70所示。

为了监控和限制封闭的制冷回路中的压力，在制冷回路高压端安装了高压及低压开关。如果空调系统中的高压超出了可接受的范围，电磁离合器便会分离，压缩机停止运行。压力开关可直接集成在回路中或安装在储液罐上。

图1-70　压力开关F129

压力开关在如下条件下运行。

在压力超过规定值并达到2.4～3.2 MPa时，压力开关通过空调控制单元切断电磁离合器的电源。这种过压可能是冷凝器积垢等原因造成的。

在压力低于压力下限0.2 MPa时，压力开关通过空调控制单元切断电磁离合器的电源。这种过低的压力可能是制冷剂流失所致。

在压力高于1.6 MPa时，压力开关使风扇提速一挡，以提高冷凝器效率。

4.高压传感器G65

随着电子技术的发展，在现代车型上出生了新一代的传感器，即高压传感器G65。高压传感器用于监控制冷回路。压力开关F129已经由电子压力传感器所取代。空调及发动机控制单元中用于测定的电子设备也作了相应调整。和压力开关一样，高压传感器也被集成安装于高压管路内。高压传感器记录制冷剂压力，并将压力物理量转化为电信号。与压力开关不同，高压传感器不仅记录设定的压力阈值，还监控整个工作循环中的制冷剂压力。压力传感器发出的信号指示由空调造成的发动机额外负荷，以及制冷剂回路中的压力状况。通过散热器风扇控制单元J293，可以控制压缩机冷却风扇V7升高或降低一挡，而且可控制电磁离合器N25接合或分离。高压传感器的信号用于发动机控制单元和散热器风扇控制单元，如图1-71所示。

（1）应急措施：如果散热器风扇控制单元没有检测到任何信号，出于安全考虑，将关闭压缩机。

（2）优点：发动机怠速能够准确地按照不同压缩机的功率消耗进行调整；散热器风扇可以更加快速地响应，在开启和关闭之间迅速切换。因此，在发动机怠速时，冷却风扇转速的变化几乎不被察觉。对于配备低功率发动机的汽车而言，这显著提升了驾乘的舒适性。

（3）自诊断故障信息：高压传感器中的故障存储在发动机电子设备的故障存储器中。

（4）高压传感器的工作波形：制冷剂压力施加于一个硅晶体元件上。根据施加压力大小的不同，硅晶体会出现不同程度的变形。硅晶体和一个微处理器集成在高压传感器中，并由系统供电。硅晶体的一个物理特性是：发生形变时，其电阻也随之改变。根据压力的特性，硅晶体两端拾取的测试电压也会发生变化。测试电压传导至微处理器，并转化为脉宽调制信号，如图1-72所示。

图1-71　高压传感器G65

图1-72　高压传感器的结构原理及工作波形示意

（a）结构原理；（b）工作波形

在较低压力下，硅晶体的变形程度较小，施加的电压仅会遇到很小的阻抗，电压变化量很小。高压传感器的微处理器在压力较低时输出的脉宽也较窄，脉宽信号产生的频率为50 Hz/s，相当于整个周期为20 ms （=100%）。当压力低至0.14 MPa时，脉宽为2.3 ms，相当于脉冲周期的13%，如图1-73所示。(www.xing528.com)

图1-73　较低压力的脉冲

在高压时，硅晶体进一步受压变形，于是阻抗的变化随之加大。试验电压呈比例减小，脉宽增量与压力增量成正比。在3.7 MPa高压下，脉宽为18 ms，占整个脉冲周期的90%，如图1-74所示。

图1-74　较高压力的脉冲

使用示波器能够直接观测脉冲信号的波形。

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高压传感器

5.带指示灯的冷却液温度开关

压缩机会给发动机带来额外的负荷。为了避免发动机高负荷运转（例如汽车爬坡）时冷却液过热，压缩机会被关闭，以消除额外负荷。为此，系统增加了带指示灯的冷却液温度开关，以监控冷却液温度。主要监控设备是组合仪表中带指示灯的冷却液温度传感器。当冷却液温度达到约119 ℃时，压缩机关闭；当冷却液温度回落至约112 ℃时，压缩机重新开启。不同类型的汽车会使用带指示灯的不同开关，例如散热器风扇热敏开关F18和热敏空调断路开关F163。

6.外部温度开关

外部温度开关位于刮水电动机附近。其作用是在环境温度低于5 ℃时切断压缩机电磁离合器。

7.空调继电器

打开空调时，空调继电器吸合，电磁离合器吸合，同时散热器风扇低速运转。

（二）手动空调执行部件

1.压缩机电磁离合器

传动系统连接在压缩机和汽车发动机之间，而电磁离合器控制压缩机的运行。

1）电磁离合器的构成

电磁离合器的构成包括带轴承的皮带轮、带轴套的弹性传动片和电磁线圈。其中，弹性传动片的轴套永久地安装在压缩机输入轴上；皮带轮安装在压缩机壳体上的枢轴承上，位于输出轴端；电磁线圈与压缩机壳体永久相连。在弹性传动片和皮带轮之间有一段间隙，如图1-75中的A。

2）电磁离合器的功能

汽车发动机通过多锲带来驱动皮带轮，见图1-75中箭头指示的方向。当压缩机停止运行时，皮带轮自由随动。当压缩机通电后，电磁线圈上产生电压，这时便会产生磁场。该磁场力将弹性传动片吸向旋转的皮带轮，此时空隙A被填补，并在皮带轮和压缩机的输入轴之间形成正极电路连接。压缩机开始运转，压缩机持续运转，直到电磁线圈的电路断开为止。接着，皮带轮通过弹簧拉回弹性传动片并再次转动，但不驱动压缩机输入轴。

图1-75　电磁离合器分离和接合示意

（a）电磁离合器分离的示意；（b）电磁离合器接合的示意

压缩机的运转取决于两个条件：一是汽车发动机工作；二是控制压缩机的电磁离合器电磁线圈的一系列开关闭合。压缩机电磁离合器的作用是切断和接通压缩机。其工作特点是电磁线圈一端搭铁；另一端经空调开关与电源相连，当空调开关接通时，电磁离合器吸合压缩机工作，当空调开关关闭时，电磁离合器分离，压缩机停止工作。当接通空调开关时，空调继电器接通，压缩机电磁离合器的电磁线圈通电，产生电磁力，吸入弹性传动片压紧带盘侧缘，两者结合成一体，皮带轮的驱动力经离合器片与轴毂带动压缩机旋转，空调制冷系统工作。

2.外部调节阀N280

外部调节阀N280（图1-76）安装于斜盘式压缩机上，用于压缩机内压力状况的自适应控制。控制单元J255 对压缩机外部调节阀进行无级驱动。

图1-76　外部调节阀N280

根据所需温度、外部与内部温度、蒸发器温度以及制冷剂压力的变化，控制单元J255对外部调节阀的占空比进行控制，控制斜盘倾斜位置改变，从而决定了排量以及制冷输出。在制冷功能被关闭后，多楔带仍驱动压缩机连续运转，使制冷剂流量被相应降低至2%。

外部调节阀安装在压缩机中并用一个弹簧锁止垫圈固定。它是压缩机内低压、高压与曲轴箱压力之间的接口，并且是免离合操作的先决条件。通过控制这几种压力对斜盘进行调节，脉宽调制电压信号驱动外部调节阀中的一个挺杆。电压作用的持续时间决定了调整量，如图1-77所示。

图1-77　外部调节阀的安装位置

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外部调节阀的控制