任务一　汽车空调制冷系统的工作原理与类型

任务导入

接待的维修客户反映：一辆2009年生产的速腾1.6L轿车（装备自动变速器），行驶了1.5万公里。有时出现空调不制冷现象，要求汽车维修技术人员能够解决客户汽车空调的问题。

知识准备

一、汽车空调制冷系统的组成

蒸气式制冷装置，是由压缩机、冷凝器、膨胀阀（节流管）、蒸发器这四大部件加上一些辅助设备，用管道依次连接组成的。

同样，汽车空调制冷系统也是由制冷四大部件以及辅助设备和软管组成，制冷剂在封闭的系统中循环流动，其具体结构组成如图2-1所示。

二、汽车空调制冷系统的工作原理

空调压缩机把低温低压气态制冷剂（冷媒）压缩成高温高压气态后进入冷凝器，使其能在冷凝器内将热量释放给车外的空气，失去热量的气态制冷剂在冷凝器内冷凝成中温高压的液态制冷剂，液态的制冷剂在通过节流装置时，又转变成低压低温的液态制冷剂，然后进入到蒸发器中在低压下汽化，由于制冷剂在蒸发器内汽化时的温度低于蒸发器外空气的温度，因此能吸收将被强制送入车厢内的空气中的热量，使进入车厢内的空气降低温度，产生制冷效果。从蒸发器中出来的制冷剂又变成低温低压的气体，再次进入压缩机中去重新工作，如图2-2所示。

在制冷系统的密封回路中，制冷剂以不同的状态在制冷系统内循环流动，每个循环有四个基本过程。

（1）压缩过程　压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷气体，把它压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。此过程的主要作用是压缩气体，以便于气体液化。压缩过程中制冷剂状态不发生变化，而温度、压力不断升高，形成过热气体。

（2）放热过程　高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器（散热器）与大气进行热交换。由于压力及温度降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，此过程的作用是排热、冷凝。

（3）节流膨胀过程　高温高压制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压，以雾状排出膨胀装置。该过程的作用是使高温高压的制冷剂液体迅速地变成低温低压液体，以利于吸热、控制制冷能力以及维持制冷系统的正常运行。

（4）吸热过程　经膨胀阀降温降压后的雾状制冷剂液体进入蒸发器，因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体在蒸发器内蒸发、沸腾成气体。在蒸发的过程中大量吸收周围的热量，降低车内温度。而后低温低压的制冷剂气体流出蒸发器，等待被压缩气体再次吸入。

上述过程周而复始地进行，便可使汽车内温度达到并维持在设定的状态。

三、制冷系统的类型

对于一般非独立式汽车空调制冷系统，当汽车高速行驶时，压缩机将供给最大量的制冷剂，在蒸发器内经过蒸发吸热，蒸发器周围空气的相对湿度随蒸发器温度的降低而增加，此时在蒸发器翅片上的相对湿度可达100%。这时若翅片的表面温度又降至0℃以下，则翅片表面的水将发生冻结，且随着时间的延长，空气中在翅片上凝结的水增多，冻结的冰层将加厚，直至堵塞蒸发器的空气通路。这样，由于冰层布满蒸发器表面，使得它内部的制冷剂因不能吸收周围空气的热量得到蒸发，这种液态的制冷剂送至压缩机，将使压缩机发生“液击”而受到损坏。所谓“液击”，就是通过饱和蒸气即含有未蒸发完的液态制冷剂的气体在压缩升温为过热蒸气过程中，其中所含液滴迅速蒸发，所释放出的能量如同在压缩机的气缸中发生爆炸，使气缸中的压力瞬间骤增，活塞的阻力突然加大，就像受到重击一样。压缩机中如果产生“液击”现象，轻者进、排气阀断裂，元件变形，严重时则压缩机体开裂，所以在蒸发-压缩循环制冷系统中必须禁止“液击”现象的发生。

防止蒸发器冻结，是汽车空调制冷系统必备和特有的功能。事实上防止蒸气冻结，关键是控制蒸发器的温度。所以汽车空调制冷系统的控制，实质上便是蒸发器温度的控制。目前，主要采用的是控制其表面温度和制冷剂蒸发压力的方法来控制蒸发器温度。这两种方法均是通过节流装置和蒸发器控制阀、恒温器来实现的，因此，汽车空调制冷系统可分为两类：恒温控制的循环离合器系统和蒸发器压力控制系统。

1.恒温控制的循环离合器系统

所谓恒温控制的循环离合器系统，就是将恒温器设定在预定的温度范围内，当超过阈值时，切断或接通电磁离合器，使压缩机处于通-断循环状态的一种控制系统，该系统一般用于经济型轿车、货车空调上。

（1）循环离合器孔管（CCOT）系统　该系统用一根固定式节流管代替热力膨胀阀对制冷剂进行节流减压降温作用，称为循环离合器孔管CCOT（Cycling Clutch Orifice Tube）系统。该系统常用恒温开关控制，如图2-3所示。

在这种系统中，由于节流元件是一个固定的孔管，这样可以充分保证热换面积，但是却不能保证从蒸发器出来的制冷剂全部是气态，因此，为了防止压缩机的“液击”现象发生，这种CCOT系统在蒸发器和压缩机之间设置了气液分离器，取消了储液干燥器，气液分离器位于发动机舱内，既可以使未蒸发完的液态制冷剂分离出去，同时又可以把多余的制冷剂储存起来，因而这种制冷系统的温度只能是依靠离合器的通断进行调节了。

CCOT系统也可以用压力开关控制。 压力开关安装在储液器上，如图2-4所示。

CCOT制冷系统的优点是：使面积非常紧凑的蒸发器充分发挥了热换效率，维持了较低的送风温度，有效地防止了“液击”现象的发生，简化了系统，降低了制造成本。

缺点是：分离出来的液态制冷剂不能全部用于制冷，尤其是在发动机高速运转时，很大一部分液态制冷剂并没有参与热交换就进入气液分离器，因此整个制冷系统的效率非常低，经济性较差，同时气液分离器的体积比储液干燥器大得多，这给其设置增加了一定的难度，只有发动机舱较大的车型才能配用，对于目前轿车趋于家庭化、小型化、经济化这一缺点也是致命的。

（2）循环离合器膨胀系统　为了防止“液击”现象的发生，常规的制冷系统中牺牲了蒸发器的一些换热面积，使蒸发器出口处的制冷剂有一定的“过热度”。所谓的过热度就是保证进入压缩机的气态制冷剂绝对不含有未蒸发完的液滴，即在蒸发器出口的温度值要高于制冷剂变成临界饱和蒸气的最低温度。但这种过热度又不能太大，以免过多减少蒸发器的换热量，同时被冷却空气的温度和湿度随时在变化，也就是说热负荷随时在变化。为解决这一矛盾，保证蒸发器出口有一个稳定的过热度，开发了节流的热力膨胀阀装置，热力膨胀阀能根据空气热负荷的变化，通过加大或减小液态制冷剂的流量来适应热负荷，维持蒸发器出口处的制冷剂蒸气有一定的过热度。

这种制冷系统中，在冷凝器与节流元件之间设有储液干燥器，主要是考虑到当需要增加制冷剂时就会有多余的液态制冷剂可供使用，不至使节流元件出现气堵，同时还在储液器里放置干燥剂袋，以吸收制冷剂中的水分。

循环离合器膨胀系统的膨胀阀只能控制过热，不能保证蒸发器不结冰。因此，要将恒温开关安装在蒸发器上或风箱内，用以控制压缩机的启动和停止，如图2-5所示。

在以前，循环离合器膨胀系统是多数轿车采用的一种制冷系统，是一种技术较为成熟的制冷形式，已经使用了很多年。这种系统运用在独立式汽车制冷系统中技术较为完善，但用在压缩机变幅度很大的非独立式汽车制冷系统中就存在一定的问题了，这是因为热力膨胀阀调节范围是有限的，压缩机转速的大幅度变化就相当于制冷剂的体积流量发生大幅度变化，汽车行驶时，当风速选定后，可认为蒸发器热负荷不变，制冷剂流量的忽大忽小，使蒸发器出口处的过热度也随之忽大忽小，汽车加速时，压缩机转速随之升高，在热力膨胀阀尚未动作之前，蒸发器内的温度和压力迅速降低，制冷剂的流量迅速增大，引起出口过热度减小，热力膨胀阀理应快速减小开度，但由于其反应时间长，动作迟缓，就产生了一方面使出风口忽冷忽热，另一方面也很容易对压缩机产生“液击”的现象。为了防止“液击”现象，只有增加低速时蒸发器出口的过热度，使本来工作容积很小的蒸发器可供进行热交换的面积进一步减少，这样就降低了制冷系统的工作效率。因此，效率低、气流不柔和是循环离合器膨胀系统的致命弱点。

2.蒸发器压力控制系统

由于恒温器控制的循环离合器系统是通过压缩机的间断工作来达到防止蒸发器结冰的目的，结果使汽车空调的温度波动比较大，影响了其舒适性，另外，压缩机的频繁启动，也影响发动机工况的稳定，还易造成离合器的损坏。采用吸气节流阀的蒸发器压力控制系统，便能克服以上缺点。

因饱和温度和压力有着一定的对应关系，若控制器在0℃时对应的制冷剂的饱和蒸气压力不再降低，便可以防止蒸发器表面不结冰。而此时压缩机仍在运行，所以蒸发器内的制冷剂还在蒸发，不过其制冷量只需维持其表面不结冰的状况即可。这样，输送出的冷气量仍然能保持车内温度和湿度处于一个相对平衡状态，汽车空调的舒适性也得到提高。所以，蒸发器压力控制系统也称传统温控系统，只要选定空调功能，该系统就连续运行。

（1）STV和POA系统　用吸气节流阀（STV）或先导阀操作的绝对压力阀（POA）控制蒸发器温度，防止其结冰。用膨胀阀作为节流降压装置，储液干燥器安装在高压侧，STV或POA阀安装在低压侧，如图2-6所示。

（2）VIR系统　该系统用阀罐（VIR）控制蒸发器温度，就是把膨胀阀和POA阀都集中安装在储液干燥器的上部，三者构成一个部件（阀罐），如图2-7所示。图中，4根外接软管4、6、9、10分别传送高压液态、低压液态、气态制冷剂。

这种制冷系统是中高级轿车上汽车空调通常采用的形式。

任务实施

1.初步诊断，确认故障现象。

2.查找知识准备，学习相关知识，分析汽车空调制冷系统工作原理。

3.判断故障类型，确定故障范围。

（1）汽车空调制冷系统失效的现象及分析。

（2）汽车空调制冷系统失效的故障诊断与排除。

4.对小组成员进行合理分工，制订详细可实施的故障诊断与排除方案。

5.找出故障点，排除故障。

6.总结故障排除过程，完成诊断报告。