第五章 汽车空调的控制系统

第五章汽车空调的控制系统第一节汽车空调系统的运行控制装置与保护装置一、温度控制器温度控制组件，又称恒温器、温度开关，它是汽车空调系统中温度控制部件，感受的温度有蒸发器表面温度、车内温度、大气温度等。一般所指的恒温器是指感受蒸发器表面温度从而控制电磁离合器的通断和控制空调系统中压缩机的开与停，起到调节车内温度及防止蒸发器结霜的电气开关装置。恒温器更多地用于空调系统中控制电磁离合器的通断，因此,恒温器一般被放置在蒸发器内或靠近蒸发器的冷气控制板上。当蒸发器表面温度或车厢内温度低于设置温度（+1℃）时，恒温器断开，电磁离合器分离，压缩机停止工作；反之电磁离合器吸合，压缩机开始工作，由此而防止蒸发器表面结霜，也调节了车厢内的温度。温控器安装位置如图5-1所示。图5-1温控器安装位置图恒温器有三种形式，即：波纹管式、双金属片式和电子式（又称热敏电阻式）。1．波纹管式恒温器波纹管式恒温器由感温驱动机构、温度设定机构和触点三部分组成。波纹管式恒温器结构如图5-2所示。图5-2恒温器结构图感温驱动机构本身是一个由波纹管、毛细管和感温包组成的封闭系统，内部装有感温介质，感温驱动机构的组成如图5-3所示。图5-3波纹管式恒温器结构图温度的设定主要是通过调节凸轮改变主弹簧对波纹管内作用力的大小来决定，它的外部调节有刻度盘、控制杆和旋具调节等形式。恒温器内的另一个弹簧用于调节触点断开时的温度范围，此范围通常是4～6℃，这样为蒸发器除霜提供了足够的时间。如图5-4所示。图5-4波纹管式恒温器控制原理图当蒸发器表面温度逐渐升高时，感温包内温度也随着升高，同时压力增高使波纹管伸长。波纹管与摆动框架相连，框架上装有一动触点，而恒温器壳体上有一定触点。波纹管的伸长使得触点闭合，电磁离合器电路被接通，使压缩机工作。反之，温度下降后压缩机停止工作。2．双金属片式恒温器双金属片式恒温器由两种不同材料的金属片组成，两金属片的热膨胀系数相差较大。在双金属片的端部有一动触点，而在壳体上有一定触点。这种恒温器没有毛细管和感温包，直接靠空气流过其表面感受温度而工作。它的温度设定方法与波纹管式恒温器相同。双金属片恒温器工作原理如图5-5所示。图5-5双金属片恒温器工作原理图其工作原理是在设定温度范围内，双金属片平伸，两触点闭合。此时，电磁离合器电路接通，压缩机工作。当流过恒温器的空气温度低于所设定温度时，由于两种金属片的热膨胀系数不同，膨胀系数大的金属片收缩得多，这样就造成了双金属片弯曲，触点断开，电磁离合器分离，压缩机停止工作。当温度上升后，金属片受热后逐渐平伸，触点又闭合，从而接通电路。如此反复达到控温的目的。3．电子式恒温器电子式恒温控制器利用热敏电阻随温度变化阻值变化的特性，通过电子电路对热敏电阻的阻值变化情况进行处理，由功率模块对继电器以及压缩机电磁离合器(电磁线圈)进行通断电控制。感温元件——热敏电阻，安装在蒸发器的外侧正面，检测蒸发器出口的空气温度。热敏电阻具有负温度系数，即当温度升高时，热敏电阻阻值下降；反之当温度降低时，其阻值增加。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5-6。图5-6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5-7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5-7空调放大器电路4．双温开关双温开关安装位置如图5-8所示。它是指发动机冷却水的双温开关，当冷却水温高于102℃时，双温开关接通风扇电机以高转速运转，加强了冷却。当冷却水温低于102℃，高于95℃，且冷凝压力不高于1.6MPa时，双温开关接通风扇电机以低速挡运转。水温降低到95℃以下且不起动空调压缩机时，冷却风扇不运转。图5-8双温开关安装位置（F18—双温开关）5．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。6．空调温度过热开关过热开关是一种过热保护装置。有两种，一种是装在压缩机缸盖紧靠吸气腔的位置上，作用结果是使电磁离合器电源中断，压缩机停转。另一种是装在蒸发器出口管路上，作用结果是泄漏报警灯亮。这两种结构的目的都是防止由于缺少制冷剂，造成压缩机因缺乏润滑油而过热损坏。过热开关是一种温度-压力感应开关。在正常情况下，此开关处于断开位置。其结构如图5-9所示。图5-9过热开关结构图过热开关的电路原理示意图如图5-10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，过热开关闭合，它使流经过热限制器的电热丝接地。电热丝发热后熔化低熔点金属丝，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5-10过热开关电路原理图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5-11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5-11压缩机过热开关的安装位置图7.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。二、压力控制器压力控制组件可分为两类，一类是通断型，也称压力开关，即对于所设定的压力执行通或断的指令，如高、低压开关等。另一类是调节型，也称压力调节器，对于所设定的压力执行的是一个调节过程。在蒸发器压力控制系统中，常常用到压力调节装置调节蒸发器压力，以防止其表面结冰。图5-12压力开关安装位置图压力开关属于保护元件，是一种随压力变化而断开或闭合触点的元件，又称压力继电器。它由压力引入装置、动力器件和触点等组成，在系统中感受着制冷剂压力的变化，当系统中压力过高或过低时压力开关起作用，防止系统在异常压力情况下工作，起到了保护作用。压力开关安装位置如图5-12所示。压力开关主要有以下几种：高压开关、低压开关、双重压力开关、三重压力开关等。1．高压开关高压开关通常安装在储液干燥器上或装在压缩机至冷凝器之间的高压管路上，使高压制冷剂蒸气直接作用在膜片上。它的作用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他零件和离合器不损坏。高压保护开关有常开式和常闭式两种，对于图5-13（a），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5-13（b），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。图5-13高压开关结构图2．低压保护开关低压开关有两种，一种是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。另一种低压开关是设置在低压回路中，直接由吸气压力控制，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。低压开关的工作范围一般为：80～110kPa时断开；230～290kPa时接通。其结构如图5-14所示。图5-14低压开关结构图3．双重压力开关双重压力开关也叫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5-15就是的高、低压组合保护开关的结构图。图5-15a高低压组合保护开关(制冷压力小于0.423MPa时)图5-15b高低压组合保护开关(制冷压力大于2.15MPa时)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，高压触头和低压触头都闭合，电流从低压触头1、2到高压触头后再到低压触头3、4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3、4和1、2脱开，电流随即中断，压缩机停止运行，如图5-15a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与高压静触头分开，将离合器电路断开，压缩机停止运行，如图5-15b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。3．三重压力开关所谓三重压力，是指制冷系统高压侧压力过高、中压和过低三种压力状况，三重压力开关安装在系统高压侧的储液干燥器上，感受高压侧制冷剂压力信号。三重压力开关的作用：（1）防止因系统制冷剂泄漏，高压压力过低而损坏压缩机。（2）当系统内制冷剂异常高压时保护系统绝不受损坏。（3）在正常状况下，冷凝器风扇低速运转，实现低噪音，节省动力；在系统压力高后（即中压时）风扇高速运转，以改善冷凝器的散热条件，实现风扇二级变速。图5-16三重压力开关的结构与工作过程①制冷剂压力≤0.196MPa，见图5-16（a）。由于隔膜、碟形弹簧和弹簧的弹力大于制冷剂压力，因此高低压接点断开（OFF），压缩机停转，实现低压保护。②制冷剂压力为0.2～3MPa时，见图5-16（b）。当制冷剂压力达到0.2MPa以上时，此压力高于开关的弹簧压力，使弹簧压缩，高低压接点接通（ON），压缩机正常运转。③制冷剂压力≥3.14MPa，见图5-16（c）。当制冷剂压力达3.14MPa以上时，就会大于隔膜、蝶形弹簧的弹力，使碟形弹簧反转，以断开高低压接点，压缩机停转，实现高压保护。④中压压力开关，见图5-16（d）。当制冷剂压力1.77MPa，压力就大于隔膜弹力，隔膜会反转，将轴推上，以接通冷凝器风扇（或散热器风扇）的转速转换接点，风扇以高速运转，实现中压保护。当压力降至1.37Mpa时，隔膜恢复原状，轴下落，接点断开，冷凝风扇又低速转动。三、高压卸压阀在典型的空调系统中，有一个装在压缩机高压侧或高压管路上，由弹簧控制的卸压阀，正常情况下，弹簧力大于制冷剂压力，密封塞被压紧密封。其结构见图5-17所示。图5-17高压卸压阀结构当高压侧压力异常升高时（压力超出调整值时），弹簧被压缩，密封塞被打开，制冷剂释放出来，压缩机压力立即下降。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。四、易熔塞在一些比较老旧的汽车上，它的空调系统使用的制冷剂是R12，这种汽车在储液干燥器顶上安装有一个易熔塞，如图5-18所示，其作用是当冷凝压力过高时，易熔合金立即熔化，将容器内的高压制冷剂泄放，起安全保护作用，易熔塞的熔化温度一般为95～100℃，所对应的R12饱和压力为3.3～