汽车电器维修：自动空调系统结构

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全自动空调系统又称为空调自动控制系统，简称自动空调系统，同其他汽车电子控制系统一样，自动空调系统也是由传感器与控制开关、空调电控单元（AC ECU）和执行器组成的。

轿车自动空调系统的组成及其传感器的安装位置如图8－17所示。丰田雷克萨斯LS400型轿车自动空调系统的控制电路如图8－18所示。传感器主要有车内空气温度传感器、车外空气温度传感器、阳光（日照或太阳辐射）传感器、冷却液温度传感器、蒸发器温度传感器等；控制开关主要有空调操作开关和压力开关；执行器主要有进风伺服电动机、空气混合伺服电动机、送风方式伺服电动机、冷气最足伺服电动机、鼓风机、压缩机、空调继电器和空调显示屏等。

图8-17　轿车自动空调系统的组成与传感器的安装位置

1—冷凝器；2—散热器；3—车外空气温度传感器；4—发动机；5—空气混合缓冲器；6—热水阀；7—储液干燥器；8—高压管配置；9—压缩机；10—组合阀盒；11—EPR；12—冷却液温度传感器；13—分压器；14—加热器芯；15—蒸发器温度传感器；16—蒸发器；17—热力膨胀阀；18—检出气体不足的开关；19—阳光传感器；20—风扇；21—车内空气温度传感器；22—电动机

1.传感器与控制开关

自动空调系统的传感器与控制开关的功能是向空调电控单元（AC ECU）提供车内、外空气的温度，空调系统内部的温度与压力，驾驶人对空调系统的使用要求等信息，以便AC ECU对车内环境的空气温度和通风实施最佳调节。

图8-18　丰田雷克萨斯LS400型轿车自动空调系统的控制电路

（1）车内空气温度传感器。其功能是将车内空气温度转换为电信号并输入AC ECU，以便AC ECU控制车内空气的温度。该传感器的传感元件一般采用负温度系数型热敏电阻制成，通常安装在仪表盘下面或前排座椅之间的适当位置。

（2）车外空气温度传感器。其功能是将车外空气温度转换为电信号并输入AC ECU，以便AC ECU自动调节车内空气的温度。该传感器的传感元件一般采用负温度系数型热敏电阻制成，通常安装在汽车前保险杠附近。

（3）冷却液温度传感器。其功能是将发动机冷却液温度转换为电信号并输入AC ECU，以便AC ECU在低温时控制鼓风机转速。该传感器的传感元件一般采用负温度系数型热敏电阻制成，通常安装在散热器底部的水道上或发动机水阀附近的水道上。

（4）蒸发器温度传感器。其功能是将蒸发器的温度转换为电信号并输入AC ECU，以便AC ECU控制压缩机电磁离合器的接合与分离，避免蒸发器结冰。该传感器的传感元件一般采用负温度系数型热敏电阻制成，安装在蒸发器出口处。

（5）阳光传感器。阳光传感器又称为日照传感器或太阳辐射传感器，其功能是将车外阳光照射量转换为电信号并输入AC ECU，以便AC ECU控制空调通风量和出风温度。该传感器的传感元件一般采用负温度系数型热敏电阻制成，安装在驾驶室仪表盘上方容易接受阳光照射之处。

（6）压力开关。其功能是向AC ECU输入制冷系统压力异常的电信号。当制冷系统压力异常时，AC ECU立刻发出安全保护控制指令，防止故障范围扩大或损坏制冷部件。

（7）空调操作开关。在空调显示屏上，设有多个供驾驶人操作的开关，用于空调的接通与断开、温度设定以及空调系统工作方式的选择等。车型不同，空调操作开关的种类、位置和数量不尽相同。典型自动空调系统的控制面板与显示屏的结构如图8－19所示。

图8-19　典型自动空调系统的控制面板与显示屏的结构

1—空调开关；2—风扇开关；3—显示屏；4—“OFF”开关；5—“AUTO”开关；6—除霜器开关；7—循环开关；8—温度设定；9—方式开关

2.空调电控单元

空调电控单元（AC ECU）又称为空调电子控制器。AC ECU的功能是根据驾驶人操作控制面板上的控制开关而设定的温度、运行模式、冷暖风门位置，以及车内空气温度传感器、车外空气温度传感器、阳光传感器、冷却液温度传感器、蒸发器温度传感器、压力开关等输入的信号参数，经过数学计算和逻辑判断，向进风伺服电动机、空气混合伺服电动机、送风方式伺服电动机、冷气最足伺服电动机、鼓风机、压缩机、空调继电器和空调显示屏驱动电路等发出控制指令，对车内空气温度、送风量及通风方向进行自动控制。

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当自动空调系统接通电源时，AC ECU不断接收各种传感器的输入信号，并与驾驶人设定的温度、冷暖风门位置等参数进行比较，根据计算和判断结果输出控制指令，通过控制相关执行器动作，将车内空气温度、送风量和送风方向等控制在设定值。

3.执行器

自动空调系统的执行器主要有风门驱动装置（进风伺服电动机、空气混合伺服电动机、送风方式伺服电动机）、鼓风机、压缩机、空调继电器和空调显示屏驱动电路等。风门驱动装置有电动机驱动式和真空驱动式两种，自动空调系统一般采用电动机驱动式。下面介绍其结构和工作原理。

1）进风伺服电动机

进风伺服电动机又称为进风口风门伺服电动机，其功能是控制进风方式。进风伺服电动机的结构与控制电路如图8－20所示。

图8-20　进风伺服电动机的结构与控制电路

（a）结构；（b）控制电路
1—车外空气导入位置；2—连杆；3—车外空气导入位置；4—车内空气循环位置；5—车外空气导入位置；6—接触片；7—滑动触片；8—电位计

进风伺服电动机的电枢轴经连杆与进风口风门连接，当AC ECU发出“车内空气循环”或“车外空气导入”控制指令时，电动机便带动连杆沿顺时针方向或逆时针方向转动，使进风口风门偏转一定角度，从而改变进风方式，实现“车内空气循环”或“车外空气导入”控制功能。

当驾驶人操作模式转换开关并选定“车外空气导入”模式时，AC ECU从5号端子输出电流，电流路径为：伺服电动机端子④→接触片B→滑动触片→接触片A→二极管D1→电动机M→伺服电动机端子⑤→AC ECU端子⑥→内部电路→AC ECU端子⑨→搭铁。电动机通电转动，带动进风口风门偏转，同时还带动滑动触片移动［在图8－20（b）中向右］。当进风口风门偏转至“车外空气导入”位置时，滑动触片与接触片A分离，电动机断电停转，进风口风门停止在车外进风通道开启、车内进风通道关闭位置，从而实现“车外空气导入”控制功能。(www.xing528.com)

当驾驶人操作模式转换开关并选定“车内空气循环”模式时，AC ECU从⑥号端子输出电流，电流路径为：伺服电动机端子⑤→电动机M→二极管D2→接触片C→滑动触片→接触片B→伺服电动机端子④→AC ECU端子⑤→内部电路→AC ECU端子⑨→搭铁。电动机通电转动，带动进风口风门偏转，同时还带动滑动触片移动［在图8－20（b）中向左］。当进风口风门偏转至“车内空气循环”位置时，滑动触片与接触片C分离，电动机断电停转，进风口风门停止在车内进风通道开启、车外进风通道关闭位置，从而实现“车内空气循环”控制功能。

当按下“AUTO”开关时，AC ECU根据各种传感器信号计算确定所需的进风方式，并根据计算结果自动控制进风伺服电动机的转动方向，实现进风方式自动控制。

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在进风伺服电动机内部设有一只电位计，当电动机带动进风口风门偏转和滑动触片移动时，还带动电位计的滑动触点移动，电位计输出信号随之发生变化。该信号向AC ECU提供进风口风门的位置信号，用于AC ECU对进风口风门位置实施反馈控制。

2）空气混合伺服电动机

空气混合伺服电动机又称为冷暖空气混合风门伺服电动机，其功能是控制出风温度，其结构与控制电路如图8－21所示。

图8-21　空气混合伺服电动机的结构与控制电路

（a）结构；（b）控制电路
1—热水阀拉线；2—热风位置；3—冷风位置；4—热风风量最大位置；5—冷风风量最大位置；6—滑动触片；7—电位计；8—接触片

空气混合伺服电动机的结构原理与进风伺服电动机相似。当自动空调系统工作时，AC ECU根据驾驶人设定的温度和各种传感器信号进行数学计算与逻辑判断，当需要改变出风温度时，AC ECU便输出控制指令，控制空气混合伺服电动机沿顺时针方向或沿逆时针方向偏转，通过改变冷暖空气混合风门的位置，使冷、暖空气的混合比例改变，从而调节车内温度，使其稳定在设定值。

当空调开关接通、车内温度传感器检测的温度高于设定温度值时，AC ECU在控制压缩机电磁离合器接通、压缩机制冷循环工作的同时，还将控制空气混合伺服电动机使冷风风门开大、使热风风门关小来使车内温度降低，其控制电流的路径为：AC ECU端子④→伺服电动机端子②→接触片B→滑动触片→接触片A→二极管D1→电动机M→伺服电动机端子⑥→AC ECU端子③→内部电路→AC ECU端子⑨→搭铁。电动机通电转动，带动冷暖空气混合风门偏转，同时还带动滑动触片移动［图8－21（b）中向右移动］。随着冷暖空气混合风门偏转，冷风风门逐渐开大、热风风门逐渐关小，车内温度逐渐降低。当冷暖空气混合风门偏转至“冷风风量最大”位置时，滑动触片与接触片A分离，电动机断电停转，冷暖空气混合风门停止在冷风通道开启、热风通道关闭位置，此时冷风风量最大，车内温度将迅速降低至设定值。

当空调开关接通、车内温度传感器检测的温度低于设定温度值时，AC ECU将控制空气混合伺服电动机使冷风风门关小、使热风风门开大来使车内温度升高，其控制电流流经路径为：AC ECU端子③→伺服电动机端子⑥→电动机M→二极管D2→接触片C→滑动触片→接触片B→伺服电动机端子②→AC ECU端子④→内部电路→AC ECU端子⑨→搭铁。电动机通电转动，带动冷暖空气混合风门偏转和滑动触片移动［图8－21（b）中向左移动］，冷风风门逐渐关小、热风风门逐渐开大，车内温度逐渐升高。当冷暖空气混合风门偏转至“热风风量最大”位置时，滑动触片与接触片C分离，电动机断电停转，冷暖空气混合风门停止在冷风通道关闭、热风通道开启位置，此时热风风量最大，车内温度将迅速升高至设定值。

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在空气混合伺服电动机内部设有一只电位计，当电动机带动冷暖空气混合风门偏转和滑动触片移动时，同时还带动电位计的滑动触点移动，电位计输出信号随之发生变化。该信号向AC ECU提供冷暖空气混合风门的位置信号，用于AC ECU对冷暖空气混合风门的位置实施反馈控制。

3）送风方式伺服电动机

送风方式伺服电动机又称为送风口风门伺服电动机，其功能是控制各个风门的送风方式，其结构与控制电路如图8－22所示。

图8-22　送风方式伺服电动机的结构与控制电路

（a）结构；（b）控制电路

当驾驶人操作控制面板上的风向转换开关并选定某种送风方式时，AC ECU经过逻辑判断发出控制指令，控制连接该送风口风门的接触片经AC ECU内部电路后搭铁，使送风方式伺服电动机电路接通，送风方式伺服电动机偏转一定角度，并带动相应的送风口风门偏转到相应位置，使相应的送风通道开启送风。

当按下“AUTO”开关时，AC ECU根据计算和判断结果，自动控制送风方式伺服电动机偏转，送风方式自动改变。

4）鼓风机转速控制电路

鼓风机的功能是控制空调送风风量的大小，由电动机和风扇等组成，该电动机又称为风扇电动机。风扇电动机转速越高，其风扇输送的风量越大；反之，风扇电动机转速越低，送风量也就越小。因此，空调送风风量的控制实际上是风扇电动机转速的控制。自动空调系统鼓风机控制电路如图8－23所示。

图8-23　自动空调系统鼓风机控制电路

AC ECU的端子9直接搭铁。当点火开关接通时，风扇电动机继电器线圈通电，产生电磁吸力将其触点吸闭，接通风扇电动机电源。

当按下鼓风机控制开关并选定“高速”挡时，AC ECU将发出高速控制指令，控制其端子⑩连接的内部功率管导通，接通高速继电器线圈电路，其电流路径为：蓄电池正极→易熔线→易熔线AM1→点火开关→熔断器HTR→高速继电器线圈→AC ECU端子⑩→内部三极管→搭铁→蓄电池负极。高速继电器线圈通电，产生电磁吸力将其触点吸闭，从而接通风扇电动机电路。风扇电动机电路经高速继电器触点直接搭铁，电动机流过电流较大而高速运转，此时送风量最大。

当按下鼓风机控制开关并选定“低速”挡时，AC ECU将发出低速控制指令，控制其端子①连接的内部三极管截止，风扇电动机控制模块无驱动电压，其大功率三极管V2截止，风扇电动机电路经调速电阻搭铁，电动机流过电流最小而低速运转，此时送风量最小。

当按下“自动AUTO”开关时，AC ECU将发出占空比控制指令，其内部电路控制端子①连接的三极管间歇导通与截止，向风扇电动机控制模块间歇提供驱动电压，控制模块的大功率三极管V2间歇性导通与截止，风扇电动机经三极管V2间歇接通电流。当ACECU发出占空比增大指令时，三极管V2导通时间增长，风扇电动机流过的电流增大，转速升高；反之，当AC ECU发出占空比减小指令时，风扇电动机转速降低。AC ECU通过控制占空比，即控制风扇电动机转速，对鼓风机的送风风量进行无级调节。

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在图8－18所示雷克萨斯LS400型轿车自动空调系统控制电路中，除了设有空调温度、出风温度与送风方式等自动控制电路之外，还设有冷气最足伺服电动机控制电路，用于使车内空气迅速降温。AC ECU通过控制冷气最足伺服电动机，将冷气最足风门控制在全开、半开和关闭3个位置。