汽车空调原理与维修 浅谈汽车空调的原理及维修

汽车空调原理与维修浅谈汽车空调的原理及维修浅谈汽车空调的原理及维修摘要空调是空气调节器的简称，英文缩写为A/C（AIRCONDITIONING）。在汽车上安装空调已经有很多年的历史，它通过人为的方式创造一个对人体适宜的环境，对推动汽车的发展起着举足轻重的作用。很多人通常将降低空气温度（即制冷）称为空调，其实制冷降温只是空调的部分功能。完整的空调系统包括制冷系统、加热系统、通风系统和电气控制系统四大子系统。制冷系统是汽车空调的主要组成部分，顾名思义主要用来满足车厢内的制冷需求。另外加热系统和通风系统也属于空调系统的独立子系统。加热系统是利用暖风水箱（即加热器）把发动机运行产生的部分热量作为空调系统的热源。通风系统的工作是将空气（包括新鲜空气、冷气或者热气）输送到驾驶舱内。空调系统的制冷和加热功能都要依托于通风系统才能得以实现。电气控制系统主要用来实现以上三个子系统的控制，早期的空调系统的控制，曾经出现过机械控制、真空控制等形式，但随着汽车电子技术的发展，目前汽车空调系统主要由电气控制装置来完成。进行汽车空调系统维修时，也要根据发生的故障位置及类型进行分类，区别对待，分别维修。由于制冷系统结构复杂，工作环境恶劣，所以最容易出现故障，同时也是汽车空调中最难维修的子系统，比如制冷剂泄露、循环系统堵塞等故障，本论文将针对汽车空调系统原理及维修方法等内容进行简要介绍。论文最后还针对汽车空调维修过程中的环保要求和新型替代制冷剂进行了简单阐述。关键词A/C汽车空调制冷剂检漏压力分析目录第一章汽车空调的发展与用途11汽车空调的发展12汽车空调的主要用途第二章汽车空调技术简介21制冷系统22加热与通风系统23温度控制系统第三章汽车空调的检修31压缩机的检查及维修32制冷剂的回收及加注33制冷系统的检查及检漏34制冷系统的压力分析35加热与通风系统的诊断及维修36温度控制系统的检修第四章环保与车用制冷剂的发展41空调维修中的环保要求42车用替代制冷剂的发展第一章汽车空调的发展与用途11汽车空调的发展空调是空气调节器的简称，英文缩写为A/C（AIRCONDITIONING）。在汽车上安装空调已经有很多年的历史，它通过人为的方式创造一个对人体适宜的环境，对推动汽车的发展起着举足轻重的作用。随着汽车技术的不断发展汽车空调技术也逐渐完善。经历了从初级到高级，从单一功能到多种功能的发展历程，这一过程可以概括为以下几个阶段单一加热功能的汽车空调单一制冷功能的汽车空调具备冷暖一体化功能的汽车空调自动控制的汽车空调微机控制的汽车空调智能化、人性化的汽车空调12汽车空调的主要用途空调在车辆上的配备不但可以提高驾乘的舒适性，还可以提高驾驶的安全性。空调系统把经过处理的空气以一定的方式送入驾驶舱，从而将车内的温度和环境控制在一定范围内，以满足驾乘人员的舒适性需求。人们在一定的环境温度及大气湿度下会感到舒适，空调系统的最主要作用就是追求这种舒适性。车辆驾驶室内热舒适状态的要求，取决于空气温度、湿度、空气流速和空气洁净度等指标。当人处在最佳的热舒适状态下，注意力、反应能力将会得到最佳的表现。作为主动安全的组成部分，驾驶员的状态是影响驾驶能力的一个重要因素，车内气候适宜能够提高驾驶员操作车辆的安全性。影响车内温度的因素有很多，比如阳光的辐射、外部环境的温度、发动机的发热件等。过高的温度会使人感到压力，特别是在头部区域。当温度过高时人会感到燥热，精力不能集中，思维迟钝，很容易造成交通事故。当温度过低时也会使人手脚动作僵硬，驾驶员将不能灵活操作车辆，同样也存在安全隐患。空调系统可以产生最适宜人体的温度，以保证驾驶员以最佳状态驾驭车辆。空调系统还可以预防或去除风窗玻璃上的雾、霜和冰雪，为驾乘人员提供良好的驾驶视野，改善驾驶员的驾驶条件保障行驶安全。汽车空调除了保证驾乘人员的热舒适性和驾驶安全性以外，还具有空气净化的作用。花粉过滤器或活性碳过滤器，可以帮助清洁进入到车内的空气，这对过敏体质的人尤其重要。综上所述，汽车空调作为现代轿车的基本配备也就成为了必然。第二章汽车空调技术简介21制冷系统汽车空调系统中产生冷气的过程称为制冷。制冷系统主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、限流装置、蒸发器等组成。它们之间由特别的橡胶软管或金属管路连接起来，形成一个封闭的制冷循环管路，共同组成了制冷系统。见附图1图1制冷系统的组成如果想了解制冷系统的工作原理，首先需要掌握制冷剂在循环系统内的几个工作过程，它们分别为压缩冷凝膨胀蒸发。1、压缩过程压缩过程由压缩机来实现。压缩机是制冷剂循环系统中的动力来源，通常由发动机曲轴皮带轮驱动。当压缩机工作时，就会从蒸发器出口的低压回路吸入气态制冷剂，加压后经高压管送到冷凝器中进行冷却。前面单元提到过，当气体被压缩时，其温度会升高。在压缩机的压缩过程中，压缩机入口处的制冷剂温度约为03、压力约为150KPA左右，被压缩后其温度可达约80、压力约1800KPA左右，此时制冷剂形态为高温高压的气态。2、冷凝过程冷凝过程主要在冷凝器内实施，制冷剂在冷凝器释放热量的同时会由气态变成液态。进人冷凝器中的气态制冷剂，经冷却风扇和外部空气进行冷却后，温度下降至沸点以下，制冷剂由高温高压气体转变为中温高压的液体。3、膨胀过程冷凝后的中温高压液体被送入限流装置（也称节流降压装置）。限流装置的进口空间小（即截面积小），出口空间大（即截面积大），具有节流降压作用，从该装置出来的制冷剂所处的空间会迅速变大，压力和温度也随之降低。在节流降压过程中，由于其压力和温度都已降低，沸点已经低于环境温度以下，液体制冷剂开始沸腾，该处的制冷剂将由中温高压的液态变为低温低压的雾状。4、蒸发过程经限流装置节流降压后，进入蒸发器的雾状制冷剂将在蒸发器内实现汽化，我们称之为蒸发过程。蒸发过程需要吸收热量，会使蒸发器表面温度下降，从鼓风机传来的空气，不断流过低温的蒸发器表面，空气被冷却后再送进车厢内使驾驶舱降温。在蒸发过程中，液态制冷剂经过蒸发器吸收热量汽化，变成低温低压的气体。气态制冷剂又会经蒸发器出口以及低压管路回到压缩机，进入下一个制冷循环过程。如附图2所示。图2制冷系统的工作过程22加热与通风系统空调系统中的空气流经一条曲折的通道，从进风口流动到出风口，然后被分配到整个驾驶舱，这套管道多数是用模压塑料或是软性吹制塑料制成，在通道上面配置加热器、风门等部件即组成了汽车空调的空气分配系统。如图3就是一个典型的HVAC空气分配系统，其中蒸发器属于制冷系统，加热器（暖风水箱）属于加热系统主要部件，其它部件可视为通风系统部件，如内外循环风门、温度风门和各种模式的出风口等。图3空气分配系统鼓风机运行对驾驶舱内进行强制通风，空气从内外循环空气入口被吸入，吸入的空气可通过内外循环风门选择从内部进入还是从外部进入。空气流经鼓风机后，先通过蒸发器，如果制冷系统正在运行，流经的空气还将被冷却。随后空气会被引导至温度风门，温度风门的位置可决定空气是否通过加热器加热。被降温或加热的空气最后将通过仪表板出风口、除霜出风口、脚部出风口等送到驾驶舱内的不同位置。如果鼓风机没有运行，在内外循环风门处于外循环位置时，车辆属于自然通风状态，空气流经分配系统进入车内，然后从车身后纵梁两侧围板的风口排入大气形成循环。因此，当车辆在行进过程中，尽管我们没有开启空调也会在出风口有气流流出，这属于正常现象。23温度控制系统温度控制系统根据控制功能不同可分手动温度控制和自动温度控制，即手动空调和自动空调。其中自动温度控制系统又可分为半自动温度控制和全自动温度控制，即半自动空调和全自动空调。半自动温度控制系统与手动系统相比，不同之处是增加了自动控制温度风门的执行器和车内温度传感器。鼓风机转速的调整还需要手动调节，模式风门的移动也是驾驶员通过拉索、真空或电动执行器进行手动选择。半自动温度控制系统新增加的车内温度传感器将车内温度信息传输到控制模块，控制模块根据该输入信息与由驾驶员通过控制面板选定的温度进行对比，即时对温度风门进行调节，以实施温度的自动保持。全自动温度控制系统的温度可由驾驶员手动选择并实现自动维持，同时鼓风机的转速也可以进自动调节，模式风门的选择全部由电动执行器来控制。与手动温度控制系统和半自动温度控制系统最直观的区分就是控制面板上增设有“AUTO”按键。第三章汽车空调的检修31压缩机的检查及维修汽车空调压缩机是空调制冷系统的心脏，其作用是保证制冷剂在系统中的循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂，将其压缩成高温高压状态后送往冷凝器。汽车空调系统中的压缩机有很多种，其结构均不尽相同，按照其结构区分，可分为往复活塞式和旋转式两种类型；按照压缩机排量区分，可分为固定排量式和可变排量式。通常绝大多数的空调压缩机是由发动机传动皮带驱动（电动汽车中的空调压缩机除外），传统的固定排量压缩机是通过电磁离合器控制工作的，但近几年广泛使用的可变排量压缩机则可以自动调节其排量，以适应系统的不同需求。压缩机由于其转速范围波动大、负载不恒定、运行环境相对比较恶劣，因此故障率较高。虽然随着汽车产业的发展，压缩机制造工艺的不断更新，压缩机本身的可修复性越来越小，实际维修中越来越趋向更换总成部件。但是了解压缩机常见故障类型及相关检查方法，对于正确分析故障原因、做出正确的判断是非常有帮助的。压缩机常见的故障包括电磁离合器故障、轴承磨损或损坏、簧片阀损坏、机械故障造成的噪音和振动以及密封件失效造成的泄漏等。32制冷剂的回收及加注汽车空调制冷系统需要借助相应的专用设备才能完成制冷剂回收及充注的操作，这些设备包括压力表组或充注机等。为了分辩不同的制冷剂及其污染程度，还需要在回收/充注制冷剂之前对制冷剂进行鉴别和纯度分析。压力表组结构简单，操作便携，是检修制冷系统较为常用的工具。用它可以完成制冷剂的回收及充注，也可以用于执行系统压力的检查及抽真空等操作。要想使用压力表组完成制冷剂的回收及充注操作，还需要额外配置回收单元及真空泵等设备。使用压力表组完成制冷剂回收和充注时，将红色充注软管连接到高压管路的检修接口上，蓝色充注软管连接到低压管路的检修接口上，中间的黄色软管根据操作程序不同，先后连接回收单元、真空泵或制冷剂存储罐。如图4。图4加注制冷剂时压力表组的连接由于使用压力表组进行制冷剂回收与充注过程还需要额外配备对应的回收单元或真空泵，操作比较复杂，因此压力表组目前主要是承担系统压力的检测及维修过程中制冷剂补充充注的简单工作。制冷剂回收/再生/加注机是将压力表组、真空泵、回收单元、存储罐等集成为一体，并通过相应的控制模块对各部件的工作进行控制，操作过程中只需要按动按键，即可完成制冷剂的回收及充注等工作过程，所以制冷剂回收/再生/加注机通常也称为充注一体机。另，有些充注机在本身还内置了一个制冷剂分析装置。相比压力表组，其结构复杂但功能齐全。如图5。具体使用方法及操作注意事项，参见不同设备的说明书。图5ROBINAIRAC350制冷剂回收/再生/充注机33制冷系统的检查及检漏怀疑制冷系统有问题时，需要对系统进行检查，以便能够迅速找到故障原因。制冷系统的检查项目通常包括常规检查、观测孔检查、温度和压力的检查以及系统性能测试。制冷循环系统中温度和压力有着直接的关系，随着环境温度的升高，冷凝器需要加大对高压侧的散热。高压侧制冷剂的温度高于环境温度，这样才能保证冷凝器可以散发足够的热量。此外，较高的环境温度和湿度将意味着蒸发器上的热负荷更大，这也需要冷凝器释放更大的热量。在一个正常运行的空调制冷循环系统中，接触不同的组件所得到的感觉是不同的。了解各个部件及管路的“冷”、“热”温度状况，可以帮助我们对空调系统进行诊断。连接压缩机和冷凝器的高压管温度相对很高，可达7080以上（避免用手直接触摸）；连接冷凝器和膨胀阀的高压管，包括储液干燥器温度可达4060；经过膨胀阀或节流管后，温度会明显下降，温度约为03；蒸发器出口到压缩机的管路也比较凉，温度约为05。膨胀阀或节流管不仅是高压和低压的分界点，同样还是高温和低温的分界点。当熟悉了系统正常运行时各个组成部件的温度后，就可以使用这一特性帮助我们对于故障原因进行分析及确认。例如当通过触摸感觉到高压侧温热而低压侧稍凉，可怀疑是因为制冷剂不足造成的制冷效果差；当触摸高、低压侧温度，感觉无区别，可以说明系统无制冷剂或者制冷循环系统未运行；当触摸感觉高压侧过热，可能是因制冷剂加注过量或者冷凝器散热不良。高压侧的压力直接关系到其所产生热量的多少，也间接的决定了冷凝器的散热负担。低压侧压力决定了制冷剂的沸点及蒸发器的温度。如果低压侧压力过高，制冷剂的沸点和蒸发器的温度将会很高。低压侧压力过低则会导致蒸发器的温度过低，使其表面结霜，影响潜热的吸收，致使蒸发器中的制冷剂无法完全转换为气态。因此，熟悉了制冷系统的温度和压力的关系将有助于空调系统的故障检查。制冷剂泄露后制冷系统将无法进行正常的热量传导，所以系统将不能正常工作，所以检漏将是制冷系统维修过程中最常见的工作之一。制冷剂与冷冻油是互溶的，所以制冷循环系统泄漏处会有油迹出现。可以通过目视或者用手触摸来检查制冷系统是否存在油渍，以此判断是否存在泄漏情况。另外，还可以通过压力检漏、真空检漏、电子卤素检漏、以及荧光剂检漏等方法来判断系统是否泄漏，以及泄漏位置所在。34制冷系统的压力分析制冷循环系统的高压侧和低压侧压力只有在规定范围内，才能保表1制冷系统正常压力值这个正常压力值的范围也不是一成不变的，可能会受不同车型，不同的制冷系统以及不同的环境温度所影响而略有差异，具体数据还需查询相关车型的维修资料。我们可以通过观察压力表的读数，并与标准数值对比分析。来判断系统是否正常。下面是最常见的8种情况以及相关故障原因和解决方法。现象1低压侧和高压侧压力都低。故障原因造成该种情况的原因，多数是因系统泄漏造成的制冷剂量过少。维修措施用检漏仪检查系统是否存在泄漏，根据情况予以维修，修复后补充适量制冷剂和冷冻油。现象2低压侧和高压侧压力都高。故障原因造成该种情况的原因多为制冷剂加注过量或冷凝器散热效果差。维修措施使用向冷凝器上喷洒冷水的方法，可以快速的判定是因为制冷剂过多还是冷凝器散热不足造成的压力过高。如加注制冷剂过多，请重新校正加注量。如冷凝器散热不足，清洁冷凝器散热片或检查车辆冷却风扇等。现象3当使用一段时间之后，低压侧压力逐渐显示真空。故障原因这种情况多数是因为循环系统内有潮气，潮气进入系统并在膨胀阀开口处结冰堵塞系统，暂时停止了制冷剂的循环，当冰融化后系统压力又回到正常值。维修措施排除此类故障，需要更换干燥过滤器，并在重新加注新制冷剂前，充分抽真空以排除系统内的水分。现象4低压侧压力特别高，同时高压侧压力特别低。当关闭空调时，低压侧和高压侧压力立即变成相同读数。故障原因该种情况多为压缩机故障。由于压缩机压力不足，使制冷剂在系统内循环的动力下降从而造成此现象。维修措施需要通过维修或者更换压缩机来排除此种故障。现象5低压侧出现真空，高压侧压力过低。如图178。故障原因当出现该现象则要考虑系统是否因污染物或水分结冰而出现堵塞，从而阻碍了制冷剂的循环。如果循环管路完全堵塞，低压侧压力会立即显示为真空。如果循环管路部分堵塞，低压侧则会逐渐显示为真空。同时，在堵塞部位的两侧还会有温差存在，甚至会出现结露或结霜现象。常见的堵塞位置在膨胀阀、节流管或储液干燥器处。维修措施更换干燥过滤器，冲洗制冷循环系统，并在抽真空后重新加注冷冻油和制冷剂。现象6低压侧和高压侧压力都特别高。用手触摸低压管没有冷的感觉。故障原因空气混入制冷剂循环系统后会造成该种情况。维修措施重新抽真空后更换制冷剂可排除该类故障，同时要注意检查压缩机冷冻油是否已污染或不足，如污染需更换干燥过滤器并进行系统冲洗。现象7压力表显示低压侧和高压侧压力都高，但是与循环系统存在空气不同的是，在低压侧管路表面同时出现结霜现象。故障原因低压管内制冷剂过多、膨胀阀调整不当以及节流管开度过大，均可造成此种现象。维修措施更换新的膨胀阀或节流管后，重新加注适量的制冷剂和冷冻油。现象8低压端和高压端压力均偏低，同时储液干燥器至膨胀阀之间的管路结霜。故障原因膨胀阀系统中的储液干燥器因污染物造成的脏堵，阻碍了制冷剂的流动。维修措施更换储液干燥器，执行系统冲洗并重新加注适量的制冷剂和冷冻油。35加热与通风系统的诊断及维修加热系统（液体流动部分）包括加热器、加热器控制阀、加热器软管和冷却液等。通风系统（空气输送部分）包括鼓风机、风门、风道等。相关部件出现故障均会影响到空调系统性能。加热系统中最常见的故障包括不加热、热量不足、热量过多以及冷却液泄漏等。通风系统常见故障包括无通风、出风气流不足以及出风模式错误等。进行维修时应根据不同的故障现象，结合系统的工作原理，分析具体的故障点所在。36温度控制系统的检修温度控制系统的检修主要是指的是电控部分，空调的电控部分由传感器、控制模块和执行器三个部分组成。出现故障后的检修程序相对比较复杂，需要借助故障诊断仪来完成。比如调取故障码、读取数据流、执行器驱动测试等工作。具体的诊断策略应参考图6所示的流程来进行实施。图6电控系统故障诊断策略第四章环保与车用制冷剂的发展41空调维修中的环保要求汽车空调在使用过程以及维修过程中都会对环境产生一定的影响，但最主要的还是作为循环工质的制冷剂对环境造成的污染。如早年被广泛使用的R12就是一种氯氟碳化学制品（CFC），研究表明它对于环境的污染相当严重，主要的危害是破坏大气中的臭氧层。作为替代品出现的R134A（又名HFC134A），虽然不会破坏臭氧层，但也是主要的温室气体，会加快全球变暖。国家交通部颁布了JT/T7742010汽车空调制冷剂回收、净化、加注规范，该规范中要求无论是何种制冷剂，严禁直接排放到大气中，并且维修空调系统相关技师必须经常严格的培训认证。42车用替代制冷剂的发展R134A虽然不会破坏臭氧层，但它也是很有效的温室气体。为了控制全球环境变暖，寻找替代制冷剂的研究从未间断。目前的研究发现将来被作为R134A替代品的制冷剂很可能会是R152A、HFO1234YF和CO2（R744）三种。R152A的特性与R134A非常类似