汽车空调技术课件凌永成 第5章 汽车空调的控制与保护

汽车空调技术沈阳大学凌永成[e-mail]配套教材信息教材名称：汽车空调技术教材主编：凌永成教材定价：39RMB出版社：机械工业出版社出版时间：2014年5月国际标准书号（ISBN）：978-7-111-45539-4教材所属系列：应用型本科汽车类专业“十二五”规划教材第5章汽车空调的控制与保护为了确保汽车空调系统的正常工作，以及当空调系统出现故障时，保护空调系统不致损坏，汽车空调系统中设置了一系列调节控制元件、执行机构和安全保护装置，从不同角度、以不同方法实现对汽车空调系统的控制和保护。5.1汽车空调的控制5.1.1电磁离合器及系统压力控制1.电磁离合器控制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，是目前空调制冷系统的主要控制元件之一。电磁离合器接合，发动机驱动压缩机运转，能够实现空调制冷；电磁离合器分离，切断发动机到压缩机的动力传递，空调系统不制冷。图5-1空调开关（A/C开关）主令信号图5-2电磁离合器的接合状态图5-3电磁离合器的分离状态2.防止蒸发器结霜控制详见本书§3制冷系统的温度控制3.制冷循环的压力控制通常压力过低的保护手段是：压力低于规定值时，则低压开关切断压缩机的电路使压缩机停止工作。压力过高的保护持施是：压力高于规定值时，既可以采用加强对冷凝器的冷却强度使压力降低的方式保护，也可以采用切断电磁离合器的电路使压缩机停止运转的方式进行保护（图5-4）。通常加强冷却强度控制的压力要低于切断离合器控制电路的压力。图5-4大众车系空调压力开关F129的功能（1）高压压力开关高压开关安装在高压管路中，一般装在储液干燥器上，串联在压缩机电磁离合器电路或冷凝器风扇电路中。当系统压力过高时，高压开关动作，切断离合器电路或接通冷却风扇高速档电路，防止压力继续升高，避免造成系统的损坏。图5-5（a）常开型高压开关1—制冷剂管路接头；2—金属膜片；3—高压开关绝缘外壳；4—接线柱；5—回位弹簧；6—定触点；7—动触点常开型高压压力开关（图5-5a）串联在冷凝器风扇电路中，以视情提高冷凝器风扇转速、加强冷却的方法对制冷系统实施高压保护。图5-5（b）常闭型高压开关1—制冷剂管路接头；2—金属膜片；3—高压开关绝缘外壳；4—接线柱；5—回位弹簧；6—定触点；7—动触点常闭型高压压力开关（图5-5b）串联在压缩机的电磁离合器电路中，以视情切断电磁离合器电路，迫使压缩机停机的方法对制冷系统实施高压保护。（2）低压开关低压开关通常用螺纹接头直接安装在高压管路上，串联在电磁离合器电路中，其触点在常态下是闭合的。以视情切断电磁离合器电路，迫使压缩机停机的方法对制冷系统实施低压保护。图5-6低压开关1—制冷剂管路接头；2—金属膜片；3—低压开关绝缘外壳；4—接线柱；5—回位弹簧；6—定触点；7—动触点（3）高低压组合开关高低压组合压力开关一般安装在制冷剂高压回路中。图5-7高低压组合开关实物照片高低压力组合开关串入压缩机控制回路中，同时具有高压保护和低压保护功能。在系统正常时，该开关触点闭合，电磁离合器工作正常；但系统压力过高或系统压力过低时，该压力开关动作，触点断开，使压缩机停止工作。图5-8高低压组合开关工作原理示意图(a)压力开关的结构(b)R134a系统压力开关的状态(c)R12系统压力开关的状态图5-9高低压组合开关的控制电路（4）高、低、中压力组合开关在某些乘用车（如北京现代索纳塔等）空调系统中，还采用高、低、中压力组合开关，即将高压、低压、中压三重开关组合在一起。（5）低压压力循环开关在节流孔管式制冷系统中，多装有低压压力循环开关。图5-10低压压力循环开关（6）制冷剂压力传感器制冷剂压力传感器（图5-11）安装在冷凝器和蒸发器之间的管路上。图5-11制冷剂压力传感器图5-12制冷剂压力传感器控制电路5.1.2风机的控制1.冷凝器风扇的控制（1）冷凝器/散热器风扇控制很多乘用车空调系统的冷凝器与发动机冷却系统的散热器合用一个风扇，称为冷凝器/散热器风扇。该风扇由直流电动机驱动，习惯上称之为电子扇。当冷却液温度较低时，电子扇不工作；冷却液温度升高到某一设定值时，电子扇以低速转动；当温度进一步升高到另一设定值时，电子扇则以高速运转。当空调制冷系统开始工作时，不管冷却液温度高低，电子扇都以低速运转；当制冷系统压力高过某一设定值时，电子扇则以高速运转。单风扇——串联电阻调速/双风扇——串并联调速（2）冷凝器风扇与散热器风扇的控制图5-13冷凝器和散热器风扇控制电路（3）散热器风扇与多个冷凝器风扇的组合控制在大众高尔夫/奥迪A3（Golf/AudiA3）等乘用车上，采用散热器风扇与多个冷凝器风扇协同工作的散热方式，散热风扇控制单元J293根据来自热敏开关F18和空调压力开关F129的信息，对发动机散热器风扇以及两个冷凝器风扇进行组合控制。图5-14散热器风扇与多个冷凝器风扇的组合控制（Golf/AudiA3乘用车）图5-15散热风扇控制单元J2931—风扇低速档；2—风扇高速档；30a—来自主熔断器S164（40A）；30b—来自主熔断器S180（30A）；Ｐ—压力传感器信号（2）；BI—接发动机控制单元，用来切断压缩机离合器（3）；K—30号电源线（4）；－NTC—室外温度传感器负极端（5）；31—搭铁线（6）；T2—双温开关高速档（7）；T4—空调开关信号（8）；15—15号端子电源线（9）；MK—到压缩机（10）；HL—到仪表（13）；＋NTC:室外传感器正极端（14）发动机散热器风扇热敏开关F18装在散热器的入水口处，用于检测发动机冷却液温度。散热风扇控制单元J293根据来自热敏开关F18和空调压力开关F129的信号，按照表5-3所示的规律控制发动机散热器风扇的工作。散热风扇工作档位散热风扇电路状态发动机冷却液温度（℃）制冷剂管路内的压力（MPa）1档接通92~97＜1.6断开84~91—2档接通99~105＞1.6断开91~98—表5-3对发动机散热器风扇的控制散热风扇控制单元J293对两个冷凝器风扇的控制，以制冷剂循环管路内的压力为主要控制依据，并考虑发动机冷却液的温度。制冷剂循环管路内的压力信号由空调压力开关F129或高压传感器G65提供。当制冷剂循环管路内的压力达到约为1.6MPa时，散热风扇控制单元J293将风扇切换到2档运行（表5-4）。空调A/C开关的状态制冷剂管路内的压力（MPa）发动机冷却液温度（℃）两个冷凝器风扇工作档位ON（即压缩机已接通）＞0.2—2个风扇均以1档运行高压HP＞1.6＞992个风扇均以2档运行＜1.6＜992个风扇均以1档运行表5-4对两个冷凝器风扇的控制2.蒸发器鼓风机的控制（1）串电阻有级调速法图5-16变阻器（亦称调速电阻）图5-17手动鼓风机控制电路（2）脉宽调制无级调速法高档汽车空调系统和全自动空调系统多采用脉宽调制无级调速方法。所谓脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）是指用微处理器的数字输出信号来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。图5-18PWM无级调速器（12V/30A）对于同一套汽车空调鼓风机系统，采用串电阻有级调速法时，其高速档运行噪声可达66dB，而采用脉宽调制无级调速法时，在最高转速下，其运行噪声可降低至48dB，降噪效果十分显著。图5-19汽车直流电机无级调速器5.1.3压缩机排量与工作模式的控制1.控制压缩机排量的作用与意义定排量压缩机的摇板（亦称摇盘）或斜盘的倾角是恒定不变的，活塞的有效行程也是恒定不变、不可调节的。定排量压缩机多采用循环离合器控制方案——油耗高、响应性差，容易矫枉过正；行车动力不稳定，容易引发“耸车”现象，行车舒适性差，等等。相应地，其排量（亦即工作容积）也是恒定不变的。图5-20定排量压缩机1—动力输入轴；2—摇板；3—活塞；4—吸气阀片为与制冷需求相适应，开发出了功率可调的变排量压缩机。对于摇板式或斜盘式变排量压缩机（图5-21），多采用这样的技术路线：改变摇板或斜盘的倾角→改变活塞的有效行程→改变压缩机排量。与定排量压缩机不同，在空调装置工作时（按下A/C开关后），变排量压缩机一直都是处于工作状态的。其排量变化范围一般在5%~100%之间。图5-21变排量压缩机1—活塞；2—摇板2.变排量压缩机的机械控制（1）初始状态图5-22变排量压缩机结构简图(初始状态)（2）大排量的控制图5-23大排量工作状态（斜盘倾角大，活塞有效行程长）（3）小排量的控制图5-24小排量工作状态（斜盘倾角小，活塞有效行程短）（4）摇板或斜盘的倾斜控制图5-25斜盘倾角变化原理3.变排量压缩机的电子控制目前，大众及丰田等车系广泛采用在机械控制式变排量压缩机的基础上发展而来的电子控制式变排量压缩机。图5-26电子控制式变排量压缩机的控制机构（皇冠乘用车空调系统装备）图5-27倾角最大（排量达到100%）时控制机构的状态图5-28倾角最小（排量为0）时控制机构的状态4.压缩机工作模式的控制有些汽车为了提高燃油经济性，采用了双级压缩机工作模式控制。在空调控制电路中设有两个并联且互锁的开关：A/C开关和ECON开关（经济模式开关）。图5-29压缩机的双级控制电路5.1.4其他项目的控制1.双蒸发器控制如图5-30所示，有些轻型客车和豪华商务车装备双蒸发器制冷系统。双蒸发器制冷系统在车辆前部和后部都安装有蒸发器，且两个蒸发器共用同一个压缩机，这样就面临着前后蒸发器分别控制的问题。比较常见的控制方法是：在前后两个蒸发器的入口处，分别安装一个电磁阀，用来控制汽车前部和后部的温度（图5-31）。图5-30双蒸发器制冷系统图5-31双蒸发器控制2.发动机的怠速提升控制图5-32发动机怠速提升装置发动机怠速提升装置并非单独为汽车空调系统设计的，而是发动机自身的转速控制系统的固有的组成部分，只不过是在发动机转速控制程序中增加了“A/C开关处于ON状态”这一运行条件，并为此设计了相应的控制子程序而已。3.基于环境温度的控制还有部分汽车空调系统，在其压缩机电磁离合器控制电路中设有环境温度开关，当环境温度低于规定值时，环境温度开关断开，切断压缩机电磁离合器的电路，使空调制冷系统不能工作。当环境温度高于规定值时，制冷系统才能进入工作状态。5.2.1发动机的过载保护5.2汽车空调的保护1.发动机的过热保护图5-33发动机过热保护电路图1—汽车空调放大器；2—空调压缩机离合器线圈继电器；3—发动机冷却液温度开关；4—空调压缩机；5—点火开关；6—蓄电池；7—熔断器动作温度：105℃/95℃2.发动机的失速保护当发动机负荷过大、过载或转速过低时，应使压缩机停止工作，以防止发动机失速、熄火。因此，大部分自动空调系统在发动机不转或转速过低时，压缩机是不工作的。图5-34发动机失速保护电路3.压缩机传动带的打滑保护当动力转向油泵、发电机、冷却液泵等附件与空调压缩机采用同一传动带驱动时，如果压缩机出现故障而锁死时，传动带即有可能被损坏。为了防止发生这种情况，有些汽车空调的控制电路中采用了传动带保护控制装置。图5-35压缩机转速传感器的安装位置图5-36判断压缩机传动带是否打滑的逻辑框图图5-37压缩机传动带打滑保护电路4.汽车“加速能力”的保护对于非独立式汽车空调系统而言，空调压缩机的驱动功率约占发动机输出功率的12%~17%。汽车空调系统工作时，车辆的加速能力会有一定程度的下降。汽车“加速能力”保护亦称汽车空调“加速切断”控制，其作用是在汽车加速时暂时切断空调压缩机电磁离合器线圈的得电回路，使压缩机暂停工作，以期使汽车有足够的动力进行加速、超车（“戒奢倡俭，共克时艰”，“把好钢用在刀刃上”），且不损坏压缩机零件。一般情况下，压缩机电磁离合器线圈的得电回路断开12s之后（此时，车辆已经完成加速、超车），又能自动接通，压缩机自动恢复工作。5.制动力和转向助力的保护在某些汽车空调控制电路中，还装有制动助力真空开关和动力转向切断开关，以实现汽车制动力和转向助力保护。5.2.2制冷剂的过热保护1.过热开关与热力熔