任務一　汽車空調制冷系統的工作原理與類型

任務導入

接待的維修客戶反映：一輛2009年生產的速騰1.6L轎車（裝備自動變速器），行駛了1.5萬公里。有時出現空調不制冷現象，要求汽車維修技術人員能夠解決客戶汽車空調的問題。

知識準備

一、汽車空調制冷系統的組成

蒸氣式制冷裝置，是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥（節流管）、蒸發器這四大部件加上一些輔助設備，用管道依次連接組成的。

同樣，汽車空調制冷系統也是由制冷四大部件以及輔助設備和軟管組成，制冷劑在封閉的系統中循環流動，其具體結構組成如圖2-1所示。

二、汽車空調制冷系統的工作原理

空調壓縮機把低溫低壓氣態制冷劑（冷媒）壓縮成高溫高壓氣態后進入冷凝器，使其能在冷凝器內將熱量釋放給車外的空氣，失去熱量的氣態制冷劑在冷凝器內冷凝成中溫高壓的液態制冷劑，液態的制冷劑在通過節流裝置時，又轉變成低壓低溫的液態制冷劑，然后進入到蒸發器中在低壓下汽化，由于制冷劑在蒸發器內汽化時的溫度低于蒸發器外空氣的溫度，因此能吸收將被強制送入車廂內的空氣中的熱量，使進入車廂內的空氣降低溫度，產生制冷效果。從蒸發器中出來的制冷劑又變成低溫低壓的氣體，再次進入壓縮機中去重新工作，如圖2-2所示。

在制冷系統的密封回路中，制冷劑以不同的狀態在制冷系統內循環流動，每個循環有四個基本過程。

（1）壓縮過程　壓縮機吸入蒸發器出口處的低溫低壓的制冷氣體，把它壓縮成高溫高壓的氣體，然后送入冷凝器。此過程的主要作用是壓縮氣體，以便于氣體液化。壓縮過程中制冷劑狀態不發生變化，而溫度、壓力不斷升高，形成過熱氣體。

（2）放熱過程　高溫高壓的過熱制冷劑氣體進入冷凝器（散熱器）與大氣進行熱交換。由于壓力及溫度降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并放出大量的熱，此過程的作用是排熱、冷凝。

（3）節流膨脹過程　高溫高壓制冷劑液體經膨脹閥節流降溫降壓，以霧狀排出膨脹裝置。該過程的作用是使高溫高壓的制冷劑液體迅速地變成低溫低壓液體，以利于吸熱、控制制冷能力以及維持制冷系統的正常運行。

（4）吸熱過程　經膨脹閥降溫降壓后的霧狀制冷劑液體進入蒸發器，因此時制冷劑沸點遠低于蒸發器內溫度，故制冷劑液體在蒸發器內蒸發、沸騰成氣體。在蒸發的過程中大量吸收周圍的熱量，降低車內溫度。而后低溫低壓的制冷劑氣體流出蒸發器，等待被壓縮氣體再次吸入。

上述過程周而復始地進行，便可使汽車內溫度達到并維持在設定的狀態。

三、制冷系統的類型

對于一般非獨立式汽車空調制冷系統，當汽車高速行駛時，壓縮機將供給最大量的制冷劑，在蒸發器內經過蒸發吸熱，蒸發器周圍空氣的相對濕度隨蒸發器溫度的降低而增加，此時在蒸發器翅片上的相對濕度可達100%。這時若翅片的表面溫度又降至0℃以下，則翅片表面的水將發生凍結，且隨著時間的延長，空氣中在翅片上凝結的水增多，凍結的冰層將加厚，直至堵塞蒸發器的空氣通路。這樣，由于冰層布滿蒸發器表面，使得它內部的制冷劑因不能吸收周圍空氣的熱量得到蒸發，這種液態的制冷劑送至壓縮機，將使壓縮機發生“液擊”而受到損壞。所謂“液擊”，就是通過飽和蒸氣即含有未蒸發完的液態制冷劑的氣體在壓縮升溫為過熱蒸氣過程中，其中所含液滴迅速蒸發，所釋放出的能量如同在壓縮機的氣缸中發生爆炸，使氣缸中的壓力瞬間驟增，活塞的阻力突然加大，就像受到重擊一樣。壓縮機中如果產生“液擊”現象，輕者進、排氣閥斷裂，元件變形，嚴重時則壓縮機體開裂，所以在蒸發-壓縮循環制冷系統中必須禁止“液擊”現象的發生。

防止蒸發器凍結，是汽車空調制冷系統必備和特有的功能。事實上防止蒸氣凍結，關鍵是控制蒸發器的溫度。所以汽車空調制冷系統的控制，實質上便是蒸發器溫度的控制。目前，主要采用的是控制其表面溫度和制冷劑蒸發壓力的方法來控制蒸發器溫度。這兩種方法均是通過節流裝置和蒸發器控制閥、恒溫器來實現的，因此，汽車空調制冷系統可分為兩類：恒溫控制的循環離合器系統和蒸發器壓力控制系統。

1.恒溫控制的循環離合器系統

所謂恒溫控制的循環離合器系統，就是將恒溫器設定在預定的溫度范圍內，當超過閾值時，切斷或接通電磁離合器，使壓縮機處于通-斷循環狀態的一種控制系統，該系統一般用于經濟型轎車、貨車空調上。

（1）循環離合器孔管（CCOT）系統　該系統用一根固定式節流管代替熱力膨脹閥對制冷劑進行節流減壓降溫作用，稱為循環離合器孔管CCOT（Cycling Clutch Orifice Tube）系統。該系統常用恒溫開關控制，如圖2-3所示。

在這種系統中，由于節流元件是一個固定的孔管，這樣可以充分保證熱換面積，但是卻不能保證從蒸發器出來的制冷劑全部是氣態，因此，為了防止壓縮機的“液擊”現象發生，這種CCOT系統在蒸發器和壓縮機之間設置了氣液分離器，取消了儲液干燥器，氣液分離器位于發動機艙內，既可以使未蒸發完的液態制冷劑分離出去，同時又可以把多余的制冷劑儲存起來，因而這種制冷系統的溫度只能是依靠離合器的通斷進行調節了。

CCOT系統也可以用壓力開關控制。 壓力開關安裝在儲液器上，如圖2-4所示。

CCOT制冷系統的優點是：使面積非常緊湊的蒸發器充分發揮了熱換效率，維持了較低的送風溫度，有效地防止了“液擊”現象的發生，簡化了系統，降低了制造成本。

缺點是：分離出來的液態制冷劑不能全部用于制冷，尤其是在發動機高速運轉時，很大一部分液態制冷劑并沒有參與熱交換就進入氣液分離器，因此整個制冷系統的效率非常低，經濟性較差，同時氣液分離器的體積比儲液干燥器大得多，這給其設置增加了一定的難度，只有發動機艙較大的車型才能配用，對于目前轎車趨于家庭化、小型化、經濟化這一缺點也是致命的。

（2）循環離合器膨脹系統　為了防止“液擊”現象的發生，常規的制冷系統中犧牲了蒸發器的一些換熱面積，使蒸發器出口處的制冷劑有一定的“過熱度”。所謂的過熱度就是保證進入壓縮機的氣態制冷劑絕對不含有未蒸發完的液滴，即在蒸發器出口的溫度值要高于制冷劑變成臨界飽和蒸氣的最低溫度。但這種過熱度又不能太大，以免過多減少蒸發器的換熱量，同時被冷卻空氣的溫度和濕度隨時在變化，也就是說熱負荷隨時在變化。為解決這一矛盾，保證蒸發器出口有一個穩定的過熱度，開發了節流的熱力膨脹閥裝置，熱力膨脹閥能根據空氣熱負荷的變化，通過加大或減小液態制冷劑的流量來適應熱負荷，維持蒸發器出口處的制冷劑蒸氣有一定的過熱度。

這種制冷系統中，在冷凝器與節流元件之間設有儲液干燥器，主要是考慮到當需要增加制冷劑時就會有多余的液態制冷劑可供使用，不至使節流元件出現氣堵，同時還在儲液器里放置干燥劑袋，以吸收制冷劑中的水分。

循環離合器膨脹系統的膨脹閥只能控制過熱，不能保證蒸發器不結冰。因此，要將恒溫開關安裝在蒸發器上或風箱內，用以控制壓縮機的啟動和停止，如圖2-5所示。

在以前，循環離合器膨脹系統是多數轎車采用的一種制冷系統，是一種技術較為成熟的制冷形式，已經使用了很多年。這種系統運用在獨立式汽車制冷系統中技術較為完善，但用在壓縮機變幅度很大的非獨立式汽車制冷系統中就存在一定的問題了，這是因為熱力膨脹閥調節范圍是有限的，壓縮機轉速的大幅度變化就相當于制冷劑的體積流量發生大幅度變化，汽車行駛時，當風速選定后，可認為蒸發器熱負荷不變，制冷劑流量的忽大忽小，使蒸發器出口處的過熱度也隨之忽大忽小，汽車加速時，壓縮機轉速隨之升高，在熱力膨脹閥尚未動作之前，蒸發器內的溫度和壓力迅速降低，制冷劑的流量迅速增大，引起出口過熱度減小，熱力膨脹閥理應快速減小開度，但由于其反應時間長，動作遲緩，就產生了一方面使出風口忽冷忽熱，另一方面也很容易對壓縮機產生“液擊”的現象。為了防止“液擊”現象，只有增加低速時蒸發器出口的過熱度，使本來工作容積很小的蒸發器可供進行熱交換的面積進一步減少，這樣就降低了制冷系統的工作效率。因此，效率低、氣流不柔和是循環離合器膨脹系統的致命弱點。

2.蒸發器壓力控制系統

由于恒溫器控制的循環離合器系統是通過壓縮機的間斷工作來達到防止蒸發器結冰的目的，結果使汽車空調的溫度波動比較大，影響了其舒適性，另外，壓縮機的頻繁啟動，也影響發動機工況的穩定，還易造成離合器的損壞。采用吸氣節流閥的蒸發器壓力控制系統，便能克服以上缺點。

因飽和溫度和壓力有著一定的對應關系，若控制器在0℃時對應的制冷劑的飽和蒸氣壓力不再降低，便可以防止蒸發器表面不結冰。而此時壓縮機仍在運行，所以蒸發器內的制冷劑還在蒸發，不過其制冷量只需維持其表面不結冰的狀況即可。這樣，輸送出的冷氣量仍然能保持車內溫度和濕度處于一個相對平衡狀態，汽車空調的舒適性也得到提高。所以，蒸發器壓力控制系統也稱傳統溫控系統，只要選定空調功能，該系統就連續運行。

（1）STV和POA系統　用吸氣節流閥（STV）或先導閥操作的絕對壓力閥（POA）控制蒸發器溫度，防止其結冰。用膨脹閥作為節流降壓裝置，儲液干燥器安裝在高壓側，STV或POA閥安裝在低壓側，如圖2-6所示。

（2）VIR系統　該系統用閥罐（VIR）控制蒸發器溫度，就是把膨脹閥和POA閥都集中安裝在儲液干燥器的上部，三者構成一個部件（閥罐），如圖2-7所示。圖中，4根外接軟管4、6、9、10分別傳送高壓液態、低壓液態、氣態制冷劑。

這種制冷系統是中高級轎車上汽車空調通常采用的形式。

任務實施

1.初步診斷，確認故障現象。

2.查找知識準備，學習相關知識，分析汽車空調制冷系統工作原理。

3.判斷故障類型，確定故障范圍。

（1）汽車空調制冷系統失效的現象及分析。

（2）汽車空調制冷系統失效的故障診斷與排除。

4.對小組成員進行合理分工，制訂詳細可實施的故障診斷與排除方案。

5.找出故障點，排除故障。

6.總結故障排除過程，完成診斷報告。