汽车空调控制系统与电气设备解析

2023-08-27 理论教育版权反馈

【摘要】：保证空调制冷系统正常运转，同时也保证空调系统工作时发动机的正常运转。当空调制冷系统停止工作时，电磁离合器的定子线圈断电，磁力消失，压力板与皮带轮分离，此时皮带轮通过轴承在压缩机的壳体上空转，压缩机停止运转。

1.空调控制系统概述

（1）控制系统的功能。

保证空调制冷系统正常运转，同时也保证空调系统工作时发动机的正常运转。

（2）控制系统的控制方式。

通过控制压缩机电磁离合器的接合与分离实现温度控制和系统保护，通过对鼓风机的转速控制调节制冷负荷。

（3）控制的类型。

①控制对象按参数可分为制冷温度控制、压力控制及转速控制等。

②控制对象按部件可分为蒸发器控制、压缩机电磁离合器控制、风门控制以及风机转速控制等。

③制冷温度的控制方法有控制蒸发器的表面温度和控制蒸发器出口的压力两种。

④现在很多高级车辆上采用了微型计算机控制，真正实现了空调的自动控制。

（4）控制内容。

①压缩机电磁离合器控制；②蒸发器温度控制；③冷凝器风扇控制；

④制冷循环的压力控制；⑤发动机的怠速提升控制；⑥发动机失速控制；

⑦皮带保护控制；⑧压缩机双级控制；⑨双蒸发器控制；

⑩冷却液温度控制；⑪制冷剂温度控制；⑫环境温度控制。

2.空调控制系统

（1）压缩机电磁离合器控制。

①作用。

电磁离合器安装在压缩机上，其作用是控制发动机与压缩机的动力传递。空调制冷系统工作时，使发动机能驱动压缩机运转；制冷系统停止运行时，切断发动机到压缩机的动力传递。

②组成结构。

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图6-33　电磁离合器的组成结构

1—压力板；2—皮带轮；3—定子线圈

电磁离合器的组成结构如图6-33所示，它主要由压力板、皮带轮和定子线圈等组成。压力板与压缩机轴相连，皮带轮通过轴承安装在压缩机的壳体上，并通过皮带由发动机驱动，定子线圈也安装在压缩机的壳体上。

③工作过程。

a.电磁离合器的接合状态。

当接通空调开关使空调制冷系统进入工作状态时，电磁离合器的定子线圈通电，线圈通电后产生磁力，将压力板吸向皮带轮，使二者结合在一起，发动机的动力便通过皮带轮传递到压力板，带动压缩机运转。

b.电磁离合器的分离状态。

当空调制冷系统停止工作时，电磁离合器的定子线圈断电，磁力消失，压力板与皮带轮分离，此时皮带轮通过轴承在压缩机的壳体上空转，压缩机停止运转。

（2）蒸发器温度控制。

①控制目的：防止蒸发器结霜或结冰。如果蒸发器的温度低于0 ℃，凝结在蒸发器表面的水分就会结霜或结冰，严重时会堵塞蒸发器的空气通路，导致系统制冷效果大大降低。为了避免这种情况的发生，必须控制蒸发器的温度在0 ℃以上。

②控制方式：用蒸发压力调节器控制蒸发器的压力来控制蒸发器的温度；用温度传感器或温度开关控制压缩机的运转来控制蒸发器的温度。

③蒸发压力调节器的控制原理、安装位置、结构及控制过程。

a.控制原理：根据制冷剂的特性，只要蒸发器出口的压力高于某一数值（对于R134a为0.18 MPa），蒸发器的温度就不会低于0 ℃，因而只要将蒸发器出口处制冷剂的压力控制在一定的数值，就可以防止蒸发器表面结霜或结冰。蒸发压力调节器可根据制冷负荷的大小调节蒸发器出口处的压力，以确保蒸发器出口的压力而使制冷剂不低于0 ℃。

b.安装位置：蒸发压力调节器安装在蒸发器出口至压缩机入口的管路中，如图6-34所示。

c.结构：如图6-34所示，其主要由金属波纹管、活塞和弹簧等组成，在管路中形成可调节制冷剂流量的阀门。

d.蒸发压力调节器的控制过程：当制冷负荷减小时，蒸发器出口处制冷剂的压力降低，作用在活塞上向左的压力Pe 减小，小于金属波纹管内弹簧向右的压力Ps，使活塞向右移动，阀门开度减小，制冷剂的流量随之减小，并使蒸发器出口处的压力升高；反之，在制冷负荷增大时，活塞向左移动，阀门开度增大，增加制冷剂的流量，以适应制冷负荷增大的需要。

④蒸发器温度控制。

a.控制形式：一种是用温度开关（恒温器）直接控制压缩机电磁离合器；另一种是用温度传感器（热敏电阻）通过空调ECU 间接控制压缩机电磁离合器。

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图6-34　蒸发压力调节器的安装位置及结构

（a）安装位置；（b）结构

b.温度开关控制：将温度开关（恒温器）安装在蒸发器的中央，当蒸发器表面温度低于某一设定值时，温度开关切断压缩机电磁离合器电路，使压缩机停止工作，防止蒸发器结冰。温度开关的安装位置如图6-35所示。

c.温度传感器控制：将温度传感器安装在蒸发器的表面，当蒸发器表面的温度低于某一设定值时，热敏电阻的阻值变化，传输给空调ECU 低温信号，空调ECU 控制继电器切断压缩机电磁离合器电路，使压缩机停转，控制蒸发器温度不低于0 ℃。温度传感器控制电路如图6-36所示。

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图6-35　温度开关的安装位置

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图6-36　温度传感器控制电路

（3）冷凝器风扇控制。

①电子风扇的工作情况：现在很多车辆采用电子风扇对冷却系统进行散热，与空调系统的冷凝器共用同一电子风扇。当冷却液温度较低时，风扇不工作；当冷却液温度升高到某一规定值时，风扇以低速运转；当温度进一步升高到另一个设定值时，风扇则以高速运转。当空调制冷系统开始运作时，不管冷却液温度是高还是低，风扇都运转；当制冷系统压力高过一定值时，风扇则以高速运转。

②风扇转速的控制方式：一种是利用一个电子风扇以串联电阻的方式调节风扇的转速，另一种是利用两个电子风扇以串联和并联的方式调节风扇的转速。

③冷凝器和散热器风扇控制电路，如图6-37所示。

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图6-37　冷凝器和散热器风扇控制电路

通过压力开关、冷却液温度开关和三个继电器实现风扇不转、低速运转、高速运转三级控制。

压力开关在制冷系统压力高时断开，低时接通；冷却液温度开关在冷却液温度高时断开，低时接通；3 号继电器只在空调制冷系统工作时起作用，使冷凝器风扇以低速或高速运转；2 号继电器为双触点继电器，用来控制冷凝器风扇的转速；1 号继电器用来控制散热器风扇。

不开空调时，3 号继电器不工作，冷凝器风扇也不工作。如果冷却液温度过高，冷却液温度开关断开，1 号继电器线圈断电，触点闭合，散热器风扇运转，加强散热效果。

打开空调，3 号继电器线圈通电，触点闭合。如果冷却液温度较低，空调系统内压力也较低，2 号继电器线圈通电，使其下触点闭合，形成了冷凝器风扇和散热器风扇的串联电路，两个风扇都以低速运转。如果冷却水温度升高或制冷系统内压力增大，压力开关或冷却液温度开关切断2 号和1 号继电器线圈电路，使2 号继电器的上触点闭合，1 号继电器的触点接通，将冷凝器风扇和散热器风扇连接成并联电路，两个风扇都以高速运转。

（4）制冷循环的压力控制。

①控制目的：制冷循环系统中若出现压力异常，将造成系统不同程度的损坏。若系统压力过低，制冷剂量过少，将造成润滑油不能随制冷剂一起循环，使压缩机缺油而损坏。若由于制冷剂量大或冷凝器冷却不良造成系统压力过高，有可能造成系统部件损坏。因此，在制冷系统工作时，必须对系统压力进行监测，以防止出现上述两种情况。

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图6-38　压力开关的功能

②控制方法：在系统的高压管路中安装压力开关，即低压开关和高压开关。如果系统压力低于规定值，低压开关将切断压缩机的电路使压缩机停止工作。如果系统压力高于规定值，有两种处理方法，一种是加强冷凝器的冷却强度，使压力降低；另一种是切断压缩机电磁离合器的电路，使压缩机停止运转。压力开关的功能如图6-38所示。

③高压开关。

它安装在压缩机至冷凝器之间的高压管路上，其作用是防止系统在异常的高压压力下工作。

若冷凝器散热不良、散热堵塞或风扇损坏，将导致冷凝压力异常上升，此时，若空调制冷系统继续工作，过高的制冷剂压力会造成冷凝器或系统管路的破裂。

为使系统压力不致过高，高压压力开关自动切断电磁离合器的电路，使压缩机停转；或接通冷却风扇高速挡电路，自动提高风扇转速，以降低冷凝器温度和压力。

高压开关的压力控制范围为：2.82～3.10 MPa 时断开，1.03～1.73 MPa 时接通。

④低压开关。

低压开关通常安装在系统的高压回路中，防止压缩机在压力过低的情况下工作。若系统高压回路中压力过低，说明缺少制冷剂，润滑油不能随制冷剂一起循环，久而久之将损坏压缩机。

低压开关的工作范围一般为：80～110 kPa 时断开；230～290 kPa 时接通。

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