汽车空调制冷系统结构与工作过程

汽车的空调系统是提升汽车适用度的广泛应用技术，主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、接收干燥器、膨胀阀等元件组成。我们以广州本田雅阁轿车空调系统为例，该车型采用电脑控制的自动空调系统，自动空调控制面板和发动机主电脑（ECM）通过检测驾驶室外的环境空气温度、驾驶室内空气温度、阳光照射程度、蒸发器温度、压缩机工作条件、发动机运行状况以及设定温度等，自动调节进风口和出风口的空气流量和压缩机的工作，从而将车内温度调节到设定的温度值。

同时，这一过程也可以用半自动实现。在电气元件和线束出现故障时，也可利用自动温度控制系统内设的自我诊断功能来进行故障诊断。

1）制冷系统。对车内空气或外部进入车内的新鲜空气进行冷却，达到降低车内温度的目的。

2）通风系统。通风系统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车外所产生的风压不同在适当的地方开设出风口和进风口来实现通风换气的；强制通风是采用鼓风机强制外气进入的方式。

3）空气净化系统。空气净化系统由空气过滤器、出风口等组成。

4）控制系统。控制系统主要由电气元件、真空管路和操纵系统组成。

1.汽车空调系统的组成

（1）制冷系统

例如广州本田雅阁轿车的制冷系统由压缩机总成、冷凝器总成、压力开关、储液干燥器总成、膨胀阀、蒸发器总成、管路总成等6个部分组成，使用HFC-134a（R-134a）制冷剂。制冷剂中不含氯氟烃（CFCs），对臭氧层不会产生破坏作用。

1）压缩机：压缩机由发动机通过传动带驱动，压缩机的功能就是将低温低压的制冷剂蒸气压缩成高温高压蒸气，将低温热源的热量，通过压缩机做功，变成高温热源，自发地向外界传递热量。压缩机同时还为制冷剂在系统内循环提供动力。广州本田雅阁轿车的制冷系统采用日本电装（DENSO）公司生产的10PA17C型压缩机，图9-19所示为该压缩机的剖面图。

图9-19 DENSO 10PA17C型压缩机剖面图

1—前缸盖 2—缸体组件 3—后缸盖 4—前阀板及阀片组件 5—后阀板及阀片组件 6—轴副总成 7—活塞 8—活塞滑履 9、10、11—轴承 12、13—O形圈 14—轴封总成 15—定子 16—轴子 17—轮毂 18—卡环A 19—卡环B 20—垫片组 21—贯穿螺栓 22—带垫螺栓 23—轴套 24—毛毡副总成

2）冷凝器总成：冷凝器的作用是将压缩机排出的气态高温高压制冷剂，通过冷凝器—冷凝风扇的作用，强制将其携带的热量传递给环境空气，使之放热并冷凝成为高温高压液体。

冷凝风扇和水箱散热器风扇并列布置于冷凝器和水箱后部，采用吸风的工作方式，在控制系统的控制下起动和延时关闭，为冷凝器和水箱进行强制性风冷。

3）储液干燥器总成：储液干燥器总成由储液干燥器和压力开关组成，布置在前保险杠后冷凝器出口附近，担负储藏液体、吸收水分、过滤杂质、观察制冷剂流动的作用。压力开关的作用是对制冷系统进行高低压力保护，当制冷剂压力低于200kPa或高于3200kPa时，压力开关断开，电路停止空调的工作，以保护压缩机。

4）蒸发器总成：蒸发器总成布置在驾驶室内仪表台右侧，作用是使通过膨胀阀节流降压后的液态制冷剂吸热沸腾蒸发，与蒸发器外的空气进行热交换，产生冷空气。

5）管路总成：管路总成由4条管路组成，布置于发动机仓内，连接在制冷系统的各总成之间，分为两部分，并设有两个加注阀。由于制冷系统使用的是HFC-1134a（R-134a）制冷剂和聚烃乙二醇（PAG）冷冻机油，具有极强的吸湿性，因此高压侧和低压侧加注阀分别采用16mm和13mm的通用标准快速接头。管路接头也尽量采用极易拆装的法兰式管接头，以减少制冷系统各总成的内部制冷剂回路暴露于空气中的时间，从而避免因系统过度吸湿产生失效。

（2）加热系统

我们还是以广本雅阁为例，该车系加热系统由加热器总成、暖水阀总成、暖水管路组成，布置在驾驶室内仪表台中部，与鼓风机总成、蒸发器总成、风道相连接，如图9-20所示。加热系统利用发动机冷却水的热量加热外侧空气，加热器总成与蒸发器总成一起将空气调节到舒适的温度，以起到冬季供暖、除霜和雨天除雾的作用。

图9-20 加热系统的构成

1）加热器总成：加热器总成主要由壳体、加热器芯子、风门、伺服电机等部件构成。其中加热器芯子采用了75mm宽的片状结构铝材和全铝焊接技术，具有体积小、质量小、换热效率高的特点。通过控制面板可控制伺服电动机带动风门，获得不同的出风模式。

2）暖水阀总成：暖水阀总成位于发动机仓内加热器总成的前部，作用是控制加热系统回路内部发动机冷却水的通断，以达到控制加热器温度的目的。

（3）通风系统

广州本田雅阁轿车的通风系统由进风口、鼓风机、风门、风道、空气滤清器、出风口、出风栅格共同构成，主要分布在仪表台内。其作用是对已经制冷和加热的空气重新进行混合、配送。通过操纵自动空调控制面板和出风口可获得不同的出风模式，可分别达到内循环或外循环模式、冷风或暖风模式、前风窗玻璃或左右前门玻璃除霜及除雾模式等主要功能。

鼓风机总成布置于仪表台右侧内部，作用是为来自驾驶室内、外的空气提供动力，推动其在蒸发器总成、加热器总成及风道之中流动，完成空气与蒸发器总成、加热器总成之间的热交换和空气的混合、配送。

目前生产的广州本田雅阁轿车的鼓风机总成采用离心式风机。相对于以往的雅阁车型，鼓风机总成采用了功率更大的电动机，叶轮的直径达150mm，以增加气流量和达到更好的制冷效果。

（4）控制系统

控制系统是空调系统的重要组成部分，担负着对空调系统进行模式控制、温度控制、送风量控制、加热系统的热水流量控制以及制冷系统中制冷剂的温度控制、压力控制、流量控制等作用，同时也对空调系统起保护作用。在维修时还可以利用控制系统的自我诊断功能来对空调系统进行全面的故障诊断。

1）自动空调控制系统的功能简介。通过操作自动空调控制面板，可以自动或半自动操纵空调系统，并获得空调系统的多种工作模式。

2）自诊断功能。自动空调控制面板具有自诊断功能，主要用于在非拆卸状态下进行空调系统的故障判断。图9-21所示为自诊断功能示意图，表9-3所示为诊断故障代码。

图9-21 自诊断功能示意图

表9-3 诊断故障代码

（续）

接通点火开关到ON，并将温度控制旋钮先扭到MAX COOL（最冷）位置，然后再到MLAX HOT（最热）位置，1min后，按下AUTO钮，并且在继续按压AUTO钮的同时，按下OFF钮。同时按压两个按钮时，如果系统有任何异常，温度显示器（从A到N）将分别工作，以指示相应故障的部件。温度显示器将会以秒（s）为间隔重复显示“88”（全部的段）。

在出现多种故障时，有关的指示灯都会工作。若指示灯A、C、E、G、I和L同时工作，则传感器共用地线可能存在断路故障。

2.制冷系统的基本工作过程

汽车空调系统的工作原理如图9-22所示。

图9-22 汽车空调系统工作原理图

（1）压缩过程

在蒸发器中吸热以后的低温低压的气态制冷剂被压缩机吸入进行绝热压缩，压缩以后转变成高温高压的气态制冷剂并送入冷凝器。压缩机将蒸发器低压侧温度约0℃、气压约为150kPa的低压、低温气态制冷剂增压成高温（70～80℃）、高压（约为1.5kPa）的气态制冷剂。高压高温的过热制冷剂被冷凝器冷却降温。

（2）冷凝过程

经过压缩机压缩后的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，与车外的空气进行热交换，放出热量，逐渐冷凝成高压液态制冷剂。过热气态制冷剂进入冷凝器，在冷凝器中冷凝成为液态制冷剂。

（3）膨胀过程

冷凝后的液态制冷剂经过膨胀阀，在膨胀过程后体积变大，气压和温度急剧下降，变成温度约为-5℃、低压约为150kPa的湿蒸气，以便进入蒸发器迅速吸收蒸发热。

（4）蒸发过程

经过节流后的低压液体和气体的混合物进入蒸发器中吸热汽化，与车内的空气进行热交换，吸收车内空气中的热量，使车内温度降低，最后转变成低温低压的气态制冷剂。低温约为0℃、低压约为150kPa的气态制冷剂流经蒸发器过程中不断地吸收热汽化，吸收车内空气的热量，然后从蒸发器流出，最后气态制冷剂又被吸入压缩机，增压后进入冷凝器，进行制冷循环。

3.汽车空调制冷系统的维护与检修

（1）制冷剂和冷冻润滑油的维护检查

1）制冷剂：制冷剂的种类很多，凡是能够进行气液两相转换的物质均可作为蒸气压缩式制冷系统的制冷剂。汽车空调系统所用的制冷剂主要有R12和R134a两种，其中“R”是Refrigerant（制冷剂）的缩写，世界各国都统一采用美国制冷工程师协会（ASRE）编制的制冷剂代号系统，R12和R134a就是制冷剂标准编号系统中的两种制冷剂。R12制冷剂是一种无色、无味的气体，易于制造，原料来源丰富，价格相对低廉，且可回收重复使用，但它对大气臭氧层有一定的破坏作用，因此近年来逐渐被环保型R134a制冷剂取代。

2）冷冻润滑油：空调压缩机使用的润滑油称为冷冻润滑油，它必须在高温和低温条件下都能正常工作。冷冻润滑油的功用主要是润滑压缩机轴承、活塞等零件表面，以降低相对运动件之间的摩擦阻力和减少零件磨损。此外，冷冻润滑油对零件摩擦表面还具有冷却作用，渗入各配合间隙具有阻止制冷剂渗漏的密封作用，也可使压缩机噪声降低。

空调系统选用冷冻润滑油时，必须充分考虑压缩机内部的润滑油工作环境，如压缩机的吸气温度、排气温度等，并根据冷冻润滑油的特性适当选择。按黏度不同，国产冷冻润滑油牌号有13号、18号、25号和30号4种，牌号越大，其黏度也越大。进口冷冻润滑油有SU_- NIS03GS、SLJNISO 4GS、SUNTISO 5GS 3种牌号。目前，汽车空调制冷系统通常选用国产18号和25号冷冻润滑油或进口SUNISO 5GS冷冻润滑油。

（2）汽车空调系统的维护的检查方法

起动发动机并将其转速稳定在1500r/min左右，打开空调开关，将空调系统风机开关置于高速挡，移动调温键从Cool到Warm，再由Warm慢慢移动到Cool，用手感觉空调吹出来风的温度变化以及各控制键的操纵是否灵活、轻便。

1）听制冷系统运行时是否有异常声音：制冷系统运行时发生异常声音，一般是由于机械方面的原因造成的，如传动带过松，运动件的磨损超过极限，紧固件松动及润滑不良等。例如，当压缩机的汽缸磨损超过极限时，与其配合的活塞运动时便可产生金属敲击声，此时制冷系统的制冷能力将下降；当压缩机轴承、离合器轴承润滑不良时，将会产生异常声音，应及时更换轴承；当压缩机及制冷装置管路没有固定好时，将会发生松动且会产生异常声音，此时容易导致制冷系统的泄漏，应及时处理。

2）看冷凝器是否清洁或变形：首先应观察冷凝器表面是否清洁。杂物和泥土附在冷凝器上会影响制冷效果，所以平时要经常用水清洗冷凝器。在清洗冷凝器时应注意，不要把翅片碰变形，对于已变形的翅片，应细心地用尖嘴钳校正过来。

汽车空调器的蒸发器进风处，一般都装有空气过滤网。每周都应观察蒸发器，清理其外表的杂物，并用高压气体把蒸发器表面的泥土吹干净，以避免传热系数降低和供给的空调空气不洁。观察空调制冷系统的所有连接部位是否有油渍。一旦有油渍，说明此处有制冷剂渗漏，此时应用电子检漏仪或其他检漏装置进行检查，一旦发现或确定有制冷剂泄漏，需马上设法排除故障。观察压缩机油封、前后盖板的密封垫、检修阀、安全阀等是否有油渍。

仔细检查制冷系统高、低压管路是否松动，有无磨损、老化、鼓泡、裂纹和渗漏油渍等现象。

汽车的冷、暖系统采用了大量的橡胶管，在汽车行驶颠震过程中易与汽车车身摩擦，在发动机室内因经受高温易老化，制冷管遇低温容易龟裂。因此，一旦发现橡胶管和发动机接触，要及时隔开并固定好橡胶管。橡胶管穿过金属板，一般都应有防护套，防护套要牢固，否则金属会割破橡胶管。

3）用手触摸管路和各部件，看温度是否过高：用手触摸正在运行中的空调系统管路和各部件，看其温度是否过高。在正常情况下，高压端的管路呈高温状态，手摸高压侧管路时要小心烫伤，而低压端因处于低温状态，所以其部件、管路和连接部分表面都会结有水露。

用手触摸压缩机的进口管和排口管，手感温度应该有明显的差别。若没有温度差别，则说明制冷剂已经全部漏光；若差别不大，则说明制冷剂不足。此时应用歧管压力表检测系统内的压力，若低压侧压力高而高压侧压力低，说明压缩机有故障。

用手触摸冷凝器进口管和排口管，正常情况下，进口管应比排口管烫手，即冷凝器的上部温度比下部温度高，如果没有温差或温差很小，说明冷凝器有故障或冷却风扇有故障。

用手触摸干燥罐进出口管路应该没有明显的温差。如果在储液干燥器上出现霜冻或水露，则说明干燥剂已破碎，堵住了制冷剂流动管道，而且此处前部的高压端手摸时会很烫手。此时必须尽快排除堵塞故障，换上一只新的储液干燥器。

膨胀阀的手感温度是比较特殊的。如果它的制冷剂进口连接处是热的，而出口连接处是凉的，有水露，则表明膨胀阀El已经堵塞，其原因则可能是杂物堵塞或是制冷系统渗入水分而产生了冰堵。如果是冰堵，则需要更换制冷剂，否则需要换上一只新的膨胀阀。

低压管的手感为冰凉，有水露，但不应该有霜冻。若有霜冻，说明系统有故障，可能是膨胀阀温包内的制冷剂已经漏光，这时需要更换膨胀阀；也可能是制冷剂充注太多，需要放掉一些；或者是蒸发器的温度传感器或恒温器出现了故障，例如，安装位置不对，蒸发器控制器坏了，调整压力过低等。用手摸触各个接头看其是否已经振松，特别是一些电器的插头插座，应检查其连接是否松动，这些对空调系统的正常工作都有极大的影响。正常的维护必须包括对电器连接件的固定、紧固和清洁等。

（3）进一步检查

对系统进行了上述3个步骤的初检后，还需做进一步检查，以准确判断空调系统的故障所在。检查可以按以下步骤进行。

1）检查传送带的张力：空调带轮直径不同，中心距不同，所要求的张力也不同。新、旧传送带的张力不同，即使是新传送带，用上5min后，其张力也会发生较大变化。对新安装的传送带必须进行两次调整，第一次为新安装后，调整到规定值，运行30min后新传送带两边的毛边已经磨去，再进行第二次调整。调整传送带张力应按各种车型说明书上的规定值进行。美国规定用传送带张力计来测量传送带的张力，例如，标准型的克莱斯勒汽车用中间带轮来调整传送带的张力。使用新传送带，调整力矩（张力）为33.4N·m，正常传送带调整力矩为20N·m。雪佛兰汽车（通用公司）新传送带调整力矩为127N·m。可见不同车型压缩机的传送带调整力矩相差很大。

2）检查电磁离合器：将电磁离合器的线束断开，用电源线直接给电磁离合器供电，压缩机应立刻转动，反复试验几次，以检测电磁离合器是否正常。也可以直接用万用表测量电磁线圈的电阻，其电阻值应在正常范围，例如，BB系列为11.4～12.2Ω，RB系列为3.0～3.4Ω。其他牌号汽车的电磁离合器的阻值可参考有关说明书。

3）检查风扇电动机的调速器和继电器：合上风扇电动机开关后，从低挡到高挡进行转速调节，每挡持续5min，以检查其送出的风量是否有变化。若风量没有变化，则可能是调速器的电阻器和风扇继电器坏了。风扇调速器的电阻器安装在空调器壳外面，用导线和调温键与风扇继电器连接。如果风扇转动而不调速，则说明电阻器已坏：若风扇不转，则可能是开关或风扇继电器坏了，都需要更换。更换时，应先拆去蓄电池搭铁线和继电器或电阻器的接头，再拆去继电器或电阻器的固定螺钉，然后才能进行新的风扇继电器或电阻器的拆换。

4）检查高、低压保护开关：高、低压保护开关和过热保护器的功能是在制冷系统发生故障时，保护压缩机和制冷系统不会损坏。它们都和压缩机的电磁离合器串联在一起。当系统工作压力太高或太低时，高、低压力开关便会切断压缩机离合器电路，使压缩机停止工作保护压缩机。检查时，可把被检查的开关短路，然后再打开空调开关，此时，若压缩机开始工作，则说明被检查的开关坏了。

5）检查加热系统：首先应保证有足够的冷却液。冷却液若不干净或有铁锈、水垢等，都应该将冷却液放掉，再用化学清洗剂清洗冷却系统，用清水清洗干净，然后加上防冻冷却液，使之充满冷却系统。拨动控制面板调温键，这时，出风口的温度应有变化，操纵机构应移动自如。如果温度不变或操纵困难，则应检查暖风开关和暖风水箱。

6）检查膨胀阀：膨胀阀的感温包与蒸发器出口管道应牢固夹紧并用绝缘布包扎好。

7）检查视液镜：有的汽车空调装配有视液镜，大多数轿车的视液镜设置在储液干燥罐上。当空调系统工作时，从视液镜中观察到流动的制冷剂是几乎透明无气泡的，但提高或降低发动机转速时可能会出现气泡。关闭压缩机后应立刻有气泡，然后渐渐消失。这就说明制冷系统工作正常。如果压缩机工作时有大量的气泡，说明制冷系统不正常。