第五章 汽车空调系统电路

第五章汽车空调系统电路为保证汽车空调系统正常工作，维持车内所需要的温度，汽车空调系统需要一整套的环境温度控制、送风量控制以及制冷工况的温度控制、压力控制、流量控制和相关的电路。它包括传感器、控制器和执行器等装置。同时，为保证在一些特殊情况下汽车空调系统能正常可靠的工作，系统内还需要设置安全保护装置和电路。汽车安装了空调系统，特别是对于非独立式空调系统，需要消耗发动机的动力和电源，这影响了发动机动力性和经济性，从而会影响了汽车运行的工况。为了保证汽车运行时，空调系统的工作不会严重影响发动机的各种工况，还必须设置汽车工况控制装置和相关电路。第一节汽车空调系统保护元件一、高、低压保护开关高、低压保护开关是空调系统的重要元件，它们的作用是保证系统在压力异常的情况下启动相应的保护电路，或者切断压缩机电磁离合器线圈，防止损坏系统部件。1．高压保护开关高压保护开关是用来防止制冷系统在异常的高压下工作，以保护冷凝器和高压管路不会爆裂，压缩机的排气阀不会折断以及压缩机其它零件和离合器不损坏。当冷凝器被污垢等杂物阻挡冷却风道时，由于制冷剂无法冷却，制冷剂压力便会升高；当制冷系统制冷剂量过多时，或者系统管路发生堵塞等其它原因时，压力也会增高。发生这种情况时，高压保护开关通常有两种保护方式：一是会自动将冷凝器风扇高速档电路接通，提高风扇转速，以便较快地降低冷凝器的温度和压力；二是切断压缩机电磁离合器电路，使压缩机停止运行。高压保护开关的结构如图5-1所示，它通常安装在储液干燥器上，使高压制冷剂蒸气直接作用在膜片上。对于图5-1a，高压开关是常开形式，正常情况下，触点断开，冷凝器风扇停止工作。当制冷系统压力异常，升高至工作压力上限时，制冷剂蒸气压力大于弹簧压力，触点接通，冷凝器风扇高速运转强制冷却。而对于图5-1b，高压开关是常闭形式，压缩机电磁离合器电路接通，制冷系统正常工作。当系统压力高于正常值时，制冷剂压力大于弹簧压力，触点将离合器电路断开，压缩机停止运行，从而保护了压缩机。当制冷剂压力下降到正常值时，触点重新闭合，电路接通，压缩机即可恢复运行。图5-1高压保护开关结构a）常开型高压开关b）常闭型高压开关l-管路接头；2-膜片；3-外壳；4-接线柱；5-弹簧；6-固定触点；7-活动触点2．低压保护开关当制冷系统的制冷剂不足或泄漏时，冷冻润滑油也有可能随着泄漏，系统的润滑便会不足，压缩机继续运行，将导致严重损坏。低压保护开关的功能就是感测制冷系统高压侧的制冷剂压力是否正常。低压保护开关的结构如图5-2所示。它通常用螺纹接头直接安装在系统管路高压侧。当制冷剂压力正常时，动触点接通压缩机电磁离合器电路；当压缩机排出的制冷剂压力过低时，低压保护开关会自动切断电磁离合器电路，压缩机停止运行，以保护压缩机不会损坏。图5-2低压保护开关1-导线；2-弹簧；3-动触点；4-支座；5-压力导入管；6-膜片低压保护开关还有一个功能，是在环境温度较低时，会自动切断离合器电路，使压缩机在低温下自动停止运行，这样可减少动力消耗，达到节能的目的。作用的原理如下：当外面环境温度过低时，冷凝温度亦低，相应的压缩机排出的制冷剂的温度和压力也低。例如：使用R12系统，当环境温度＜10℃时，其压力正好是0.423MPa，此压力亦是低压开关切断电磁离合器的阈值。所以温度（环境）低于10℃时，低压保护开关会使制冷系统自动停止工作。还有一种低压保护开关安装在制冷系统的低压端，是用来控制蒸发器的压力不致过低而结冰，保证制冷系统工作。在CCOT系统中，为控制压缩机工作循环，在热旁通阀系统中，除了用恒温开关、热敏电阻来控制电磁旁通阀的通路外，还可采用低压开关来控制。这时，低压开关装在蒸发器的出口处，以感测其压力。当蒸发器压力过低时，低压保护开关将电磁旁通阀的电路接通，电磁旁通阀开始工作，让一部分高压制冷剂蒸气通过旁通阀流到压缩机吸气口，使蒸发器压力回升，以防止其结冰。当蒸发器压力上升到一定量值时，低压保护开关又切断其电路，系统恢复正常的制冷工作。这种用低压开关控制的电磁旁通阀系统一般用在大、中型客车的空调系统中。3．高低压组合保护开关新型的空调制冷系统是把高、低压保护开关组合成一体，安装在储液器上面。这样既可减少重量和接口，又可减少制冷剂泄漏的可能性。图5-3就是的高、低压组合保护开关的结构图，其工作原理如下：图5-3高低压组合保护开关a）制冷压力小于0.423MPa时b）制冷压力大于2.15MPa时1、7-动低压触头;2、6-静低压触头；3-膜片；4-制冷剂压力通道；5-开关座；8-绝缘片；9-弹簧；10-调节螺钉；11-接线柱；12-顶销；13-钢座；14-动高压触头；15-静高压触头；16-膜片座当高压制冷剂的压力正常时，压力应在0.423～2.75MPa之间，金属膜片和弹簧力处在平衡位置，高压触头14、15和低压触头1、2、6、7都闭合，电流从6、7触头到高压触头14、15后再到l、2触头出来。当制冷压力下降到0.423MPa时，弹簧压力将大于制冷剂压力，推动低压触头l、2和6、7脱开，电流随即中断，压缩机停止运行，如图5-3a所示。反之当压力大于2.75MPa时，蒸气压力将整个装置往上推到上止点。蒸气继续压迫金属膜片上移，并推动顶销将高压动触头14与高压静触头15分开，将离合器电路断开，压缩机停止运行，如图5-3b所示。当高压端的压力小于2.17MPa时，金属膜片恢复正常位置，压缩机又开始运行。二、过热限制器过热限制器主要用于控制压缩机温度过高时，切断电磁离合器的电路，使压缩机停止运行，防止压缩机受到损坏。它包括过热开关和熔断器两部分。过热开关是一种温度传感开关，装在压缩机后盖紧靠吸气腔的位置，其构造如图5-4所示。它的工作原理是：当制冷系统的制冷剂泄漏量较多时，压力会下降，若这时压缩机继续工作，它就会产生过热现象。此时制冷剂的温度上升，但压力不增加，润滑油会变质，进而损坏压缩机。这时，过热开关的传感器内的制冷剂蒸气将感受到入口的温度升高而使开关内部压力升高，推动膜片将导电触点7与端子l接通。导电触点7通常直接与外壳连通，即过热开关的端子l平时是断开的，压缩机温度过热，才会闭合搭铁。图5-4过热开关结构a）早期模式b）新模式1-端子；2-外罩；3-膜片；4-热敏管；5-基座开口；6-膜片安装基座；7-导电触点过热限制器的电路原理示意图如图5-5所示。熔断器有三个接头，S接过热开关，B接外电源，C接离合器。熔断器内部B和C之间接一个低熔点金属丝，S和C接电热丝。正常情况下，电流通过空调开关，经过熔断器低熔点金属丝到压缩机离合器的电磁线圈。当发生过热时，过热开关2闭合，它使流经过热限制器的电热丝4接地。电热丝发热后熔化低熔点金属丝5，切断压缩机离合器电路和过热保护开关的电路，压缩机停止运行，起到过热保护的作用。图5-5过热限制器1-离合器线圈；2-过热开关；3-热熔断器；4-发热丝；5-低熔点金属丝；6-空调开关；7-点火开关熔断器断路后，不会自行恢复，一定要仔细检查制冷系统是否因泄漏而缺少制冷剂。否则，接好易熔丝后，很快又烧断。另外，如果仔细检查制冷系统后，确认不缺少制冷剂，那么就可能是过热开关损坏，此时需要更换新的过热开关。还有一种压缩机过热开关也称压缩机过热保护器，安装在压缩机尾部，如图5-6所示。作用是当压缩机排出的高压制冷剂气体温度过高时或者由于缺少制冷剂以及润滑不良而造成压缩机本身温度过高时，开关将断开，直接使电磁离合器断电而停止工作，防止压缩机因为过热而损坏。其工作原理和保护过程与过热限制器相似。图5-6压缩机过热开关的安装位置l-电磁离合器；2-压缩机；3-过热开关三、高压卸压阀如果制冷剂的压力升得太高，它将会损坏压缩机。因此，在典型的空调系统中，有一个装在压缩机或高压管路上由弹簧控制的卸压阀，其结构见图5-7所示。按不同系统和厂家，此阀的压力调整值有所不同，一般在2.413～2.792MPa范围内变化。当压力超出调整值时，卸压阀将开始使制冷剂放空溢出，直到压力降低到调定值为止，此时在弹簧作用下，阀又自动关闭，以保证制冷系统正常工作。图5-7高压卸压阀结构四、冷却液过热开关和冷凝器过热开关冷却液过热开关也称水温开关，其作用是防止在发动机过热的情况下使用空调。水温开关一般使用双金属片结构，安装在发动机散热器或者冷却液管路上，感受发动机冷却液温度，当发动机冷却液温度超过某一规定值（如奥迪100为120℃）时，触点断开，直接切断（或者触点闭合通过空调放大器切断）电磁离合器电路使压缩机停止工作；而当发动机冷却液下降至某一规定值（如奥迪100为106℃）时，触点动作，自动恢复压缩机的正常工作。冷凝器过热开关安装在冷凝器上，感受其过热度，当其温度过高时，接通冷凝器风扇电机，强迫冷却过热的制冷剂，使系统能正常工作。桑塔那轿车的冷凝器过热开关有两个，当冷凝器温度为95℃时，启动风扇低速运转；当温度为105℃时，风扇高速运转，以增强冷却效果。五、环境温度开关环境温度开关也是串联在压缩机电磁离合器电路中的一只保护开关，或者直接串联在空调放大器电路中。通常当环境温度高于4℃时，其触点闭合；而当环境温度低于4℃时，其触点将断开而切断电磁离合器的电路或者空调放大器电源。也就是说，当环境温度低于4℃时是不宜开动空调制冷系统的，其原因是当环境温度低于4℃时，由于温度较低，压缩机内冷冻油粘度较大，流动性很差，如这时启动压缩机，润滑油还没来得及循环流动并起润滑作用时，压缩机就会因润滑不良而磨损加剧甚至损坏。汽车空调使用手册规定，在冬季不用制冷时，也要求定期开动空调制冷系统以使制冷剂能带动润滑油进行短时间的循环，以保证压缩机以及管路连接部位和阀类零件的密封元件不因缺油而干裂损坏，造成制冷剂的泄漏，膨胀阀、电磁旁通阀等卡死失灵。由此可见，这项保养工作应在环境温度高于4℃时进行，冬季低于4℃时最好不要启动压缩机。环境温度开关是为此而设置的，国产上海桑塔纳轿车的空调系统便装有这种保护开关。上述介绍的汽车空调系统保护装置，并非在每种汽车上都全部采用，而是根据情况部分采用。一般来说原装车空调系统保护装置都较为完善，而简易空调或加装的空调系统保护装置较少甚至不采用保护装置。另外，不同的车型，各保护装置的工作参数也是不同的，在检测、维修、更换时应予注意。在保护装置出现问题时应及时更换新件，不得将其摘除或长期短接使用，以免造成空调系统的损坏。第二节汽车空调系统运行控制装置一、温度控制器温度控制器又称温控开关，起调节车内温度、防止蒸发器因温度过低而结霜的作用。常用的温度控制器有波纹管式和热敏电阻式两种。1．波纹管式温度控制器（又称压力式温度控制器）波纹管式温度控制器的工作原理在第三章中已有所介绍，它的主要作用是控制蒸发器表面温度不低于0℃，防止结霜影响系统正常工作。2．热敏电阻式温度控制器现代汽车空调制冷系统中，热敏电阻式温度控制器是空调放大器的一个重要部分，它是为了设定和精确地控制蒸发器出口的温度，它与其它电路共同控制压缩机电磁离合器电路的接通与切断，保证制冷系统正常工作并按照要求提供冷气。热敏电阻式温度控制器的感温元件是热敏电阻，它将温度变化转换成电阻值的变化，即转变成电压变化，其电路组成框图见图5-8。图5-8温度控制器的组成框图典型的由热敏电阻组成的空调温度控制电路如图5-9所示，具有负温度系数的热敏电阻安装在蒸发器送风出口，当送风温度升高时，热敏电阻阻值减小；反之，阻值增大。可通过与热敏电阻相串联的温度调整电阻来设置空调系统的送风温度。空调放大器是一只电子电路控制的开关，对温度信号（对应热敏电阻的阻值）进行处理。图5-9空调放大器电路l-空调放大器；2-继电器；3-电磁离合器；4-温度调整电阻；5-热敏电阻图5-9所示电路的工作原理是：当温度调整电阻4设定后，放大器中B点的电位高低取决于热敏电阻5的大小。当车内温度高于设定温度时，热敏电阻阻值减小，B点电位降低，三极管VT3截止，而VT4导通，于是继电器2线圈通电，其触点闭合，接通压缩机电磁离合器电路，制冷系统工作，从而温度下降。当温度降低后，热敏电