汽車空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

夏天到了，天氣越來越炎熱了，大家開車上路基本上都會開啟空調(diào)。同時夏季也是汽車空調(diào)故障的高發(fā)期，最常見的就是空調(diào)不制冷、制冷量不足、空調(diào)異味等，給我們的日常用車帶來不小的困擾。那么汽車空調(diào)系統(tǒng)為什么能制冷呢?它的結(jié)構(gòu)和工作原理又是怎樣的呢?常見的故障又該如何解決呢?下面我們來探討一下這些問題。

所謂的汽車空調(diào)系統(tǒng)，是指能夠?qū)噹麅?nèi)空氣的溫度、濕度、氣流速度、空氣潔凈度等進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，目的是為車內(nèi)乘員創(chuàng)造清新舒適的乘車環(huán)境。它的作用并不單單是制冷，還包括制熱(暖風(fēng))、對車內(nèi)空氣換氣與凈化、控制車內(nèi)空氣的濕度等，理想的汽車空調(diào)系統(tǒng)可以把車內(nèi)溫度控制在20～28℃之間、相對濕度控制在50～70%之間，這是人體感覺最舒適的溫度和濕度范圍。因此汽車空調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上包括制冷裝置、加熱裝置、空氣調(diào)節(jié)裝置和控制裝置四部分?，F(xiàn)在的汽車廣泛采用的是冷暖一體式空調(diào)系統(tǒng)，其布置型式是將蒸發(fā)器、暖風(fēng)散熱器、離心式鼓風(fēng)機(jī)、操縱機(jī)構(gòu)等組裝在一起，稱為空調(diào)器總成。

我們通常所說的“汽車空調(diào)”一般都是單指汽車空調(diào)系統(tǒng)中的制冷裝置，它也是汽車空調(diào)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)和原理最復(fù)雜、同時也是故障率最高的裝置。它主要由空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、儲液干燥過濾器(汽液分離器)、膨脹閥(節(jié)流閥)、電子控制系統(tǒng)、風(fēng)量分配系統(tǒng)、制冷劑、冷凍潤滑油、空調(diào)管路等部分組成，下面分別來說說它們的結(jié)構(gòu)和工作原理。

1、空調(diào)壓縮機(jī)：空調(diào)壓縮機(jī)是汽車空調(diào)系統(tǒng)的動力源，它的作用是維持制冷劑在制冷系統(tǒng)中以一定的壓力循環(huán)流動，它吸入來自蒸發(fā)器的低溫、低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮后使其壓力和溫度升高，并將其送往冷凝器散熱降溫降壓。

汽車空調(diào)系統(tǒng)使用的空調(diào)壓縮機(jī)一般都是軸向柱塞泵，可以分為定量泵和變量泵兩種類型，它們的主要區(qū)別就是驅(qū)動柱塞的斜盤角度是否可變：定量泵的斜盤角度是固定的，每一個循環(huán)壓縮的制冷劑量都是一樣的，只要它啟動，消耗的功率就是固定不變的;變量泵的斜盤角度是可以隨著空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化而變化：空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷大，斜盤傾斜角度大，每一循環(huán)壓縮的制冷劑量也多，空調(diào)制冷量也大，消耗的功率也多;反之，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷小，斜盤傾斜角度小，每一循環(huán)壓縮的制冷劑量也少，空調(diào)制冷量也小，消耗的功率也少。

空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動一般都是由發(fā)動機(jī)通過皮帶驅(qū)動。在壓縮機(jī)的頭部有一個電磁離合器，當(dāng)它通電后，離合器吸合，將壓縮機(jī)驅(qū)動軸與皮帶輪結(jié)合在一起，帶動壓縮機(jī)中的斜盤轉(zhuǎn)動，使柱塞往復(fù)運(yùn)動吸入和壓縮制冷劑，使其在系統(tǒng)中循環(huán)流動。定排量的空調(diào)壓縮機(jī)工作時間歇式的，由電磁離合器來控制它的工作時間;而變排量的空調(diào)壓縮機(jī)工作時連續(xù)式的，只要空調(diào)系統(tǒng)開啟，它的電磁離合器始終是吸合的，通過改變排量來調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。相對來說，變排量空調(diào)壓縮機(jī)工作平順性更好，負(fù)荷可以連續(xù)調(diào)整，節(jié)能效果也更好，所以在比較高級的車型使用的自動空調(diào)系統(tǒng)中一般都使用變排量壓縮機(jī)。

2、冷凝器：冷凝器的作用是把空調(diào)壓縮機(jī)排出的高溫、高壓的氣態(tài)制冷劑，通過冷凝器將熱量散發(fā)到車外的空氣中，從而使高溫、高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝成較高溫度的高壓液體。它一般安裝在發(fā)動機(jī)水箱前部，與發(fā)動機(jī)冷卻水箱共用冷卻風(fēng)扇，在結(jié)構(gòu)上有管片式、管帶式和平行流式三種。

3、蒸發(fā)器：蒸發(fā)器的作用是將經(jīng)過節(jié)流降壓后的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰汽化，吸收蒸發(fā)器表面的周圍空氣的熱量而降溫，風(fēng)機(jī)再將冷風(fēng)吹到車廂內(nèi)，達(dá)到降溫的目的。蒸發(fā)器一般安裝的駕駛室工作臺內(nèi)部，在結(jié)構(gòu)上有管片式、管帶式和層疊式三種。

冷凝器和蒸發(fā)器統(tǒng)稱為汽車空調(diào)系統(tǒng)的熱交換器，蒸發(fā)器負(fù)責(zé)把車內(nèi)的熱量置換出來，冷凝器負(fù)責(zé)把這些熱量散發(fā)到車外去。它們的性能好壞直接影響汽車空調(diào)的制冷性能，對它們的要求是散熱速度快、散熱量大、效率高、占據(jù)的空間小，因此保持它們表面的清潔是特別重要的。有很多車空調(diào)制冷不良就是由于這兩個裝置表面臟污、散熱不良造成的，因此及時清理冷凝器和水箱外的雜質(zhì)是保證空調(diào)系統(tǒng)正常工作的重要保證。

4、膨脹閥(節(jié)流閥)：現(xiàn)在汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)有兩種型式，分別稱為膨脹閥式和孔管式(又叫節(jié)流閥式)，它們的主要區(qū)別就是節(jié)流膨脹機(jī)構(gòu)的不同。膨脹閥又稱為熱力膨脹閥，它安裝在蒸發(fā)器的前方，它的主要作用一是節(jié)流，使高溫高壓的液態(tài)制冷劑通過膨脹閥節(jié)流后體積變大，制冷劑的壓力和溫度急劇下降;二是自動調(diào)節(jié)制冷劑的流量，使進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)正好蒸發(fā)完成。根據(jù)控制原理的不同，可以分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。

節(jié)流閥的作用與膨脹閥類似，也是利用節(jié)流作用使高溫高壓的液態(tài)制冷劑節(jié)流后體積變大，制冷劑的壓力和溫度急劇下降的同時吸收大量的熱量，從而達(dá)到降溫的目的。它與膨脹閥的區(qū)別是不能根據(jù)工況的變化調(diào)節(jié)制冷劑的流量，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，節(jié)能環(huán)保，因此很多美系和日系的車型都采用了這種節(jié)流方式。但是這種方式必須在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)之間設(shè)置氣液分離器，使未蒸發(fā)完的液態(tài)制冷劑分離出來，防止對空調(diào)壓縮機(jī)造成液體沖擊，從而保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。

5、儲液干燥過濾器(汽液分離器)：儲液干燥過濾器一般和冷凝器組裝在一起，用來臨時存儲冷凝器液化的制冷劑并進(jìn)行干燥和過濾處理，使制冷劑保持干燥、潔凈，防止系統(tǒng)中的雜質(zhì)、臟物等堵塞過濾網(wǎng)和膨脹閥、劃傷空調(diào)壓縮機(jī)氣缸壁、柱塞和軸承，防止制冷劑中的水分凍結(jié)堵塞膨脹閥。一般儲液干燥過濾器用于膨脹閥式制冷系統(tǒng)中。而汽液分離器一般用于節(jié)流閥式制冷系統(tǒng)中，它的作用與儲液干燥過濾器類似，也具有過濾與干燥制冷劑的作用，區(qū)別主要是儲液干燥過濾器一般安裝在冷凝器的后方，而汽液分離器一般安裝在空調(diào)壓縮機(jī)的前方，吸收制冷劑中的液體制冷劑，防止對空調(diào)壓縮機(jī)造成液體沖擊。

6、電子控制系統(tǒng)：為了使汽車空調(diào)系統(tǒng)能夠正常工作，維持車廂內(nèi)合適的溫度和濕度，在系統(tǒng)中需要有一系列的控制元件和調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置，主要有溫度控制器、高低壓開關(guān)、過熱保護(hù)開關(guān)、空調(diào)放大器、空調(diào)繼電器、車內(nèi)外溫度傳感器、風(fēng)門伺服電機(jī)等等。現(xiàn)在汽車上的空調(diào)控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸由手動空調(diào)發(fā)展為自動空調(diào)，普遍采用微電腦自動控制。

根據(jù)電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，汽車空調(diào)系統(tǒng)大致可以分為手動空調(diào)和自動空調(diào)兩種。手動空調(diào)只能手動對冷/熱風(fēng)的溫度和風(fēng)量進(jìn)行粗略的分級調(diào)節(jié)，不能設(shè)定車內(nèi)空調(diào)的具體溫度。而自動空調(diào)可以根據(jù)駕駛員設(shè)定的溫度和運(yùn)行模式，控制單元根據(jù)環(huán)境溫度，設(shè)置溫度，蒸發(fā)箱出口溫度和駕駛條件等信息以及各種傳感器輸入的信號，對送風(fēng)溫度和送風(fēng)速度及時地進(jìn)行調(diào)整，使車內(nèi)的空氣環(huán)境保持最佳狀態(tài)。另外自動空調(diào)還有自檢裝置，可以自動發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)中的故障隱患并以故障碼的方式報告給駕駛員。

7、風(fēng)量分配系統(tǒng)：風(fēng)量分配系統(tǒng)又稱為汽車空調(diào)系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)裝置，主要包括鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、空氣的內(nèi)外循環(huán)模式調(diào)節(jié)、空氣的溫濕度調(diào)節(jié)、出風(fēng)模式的調(diào)節(jié)等等，空氣調(diào)節(jié)裝置主要部件有鼓風(fēng)機(jī)、內(nèi)外循環(huán)控制閥門、溫度調(diào)節(jié)閥、風(fēng)道調(diào)節(jié)閥、空調(diào)濾芯等，控制方式有拉線式和電機(jī)驅(qū)動式兩種(現(xiàn)在采用電機(jī)驅(qū)動式的較多)，它們與空調(diào)控制面板上的開關(guān)一一對應(yīng)，控制空氣的流動方向和出風(fēng)量等。

8、制冷劑：制冷劑又稱做制冷工質(zhì)，它是制冷系統(tǒng)中完成制冷循環(huán)的工作介質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸取被冷卻對象的熱量蒸發(fā)成低壓蒸氣后，被壓縮機(jī)壓縮為高壓蒸氣，在冷凝器內(nèi)將熱量傳遞給冷卻介質(zhì)(如空氣或水)而被冷凝成液體，然后被節(jié)流降壓后重新回到蒸發(fā)器，進(jìn)行連續(xù)制冷。所以制冷劑是制冷裝置完成能量交換的重要載體，制冷劑的特性對汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能起著非常重要的作用。現(xiàn)在汽車空調(diào)中常用的制冷劑是R134a，它是一種環(huán)保型的制冷劑，制冷效果不如R12(氟利昂)，但是不會破壞臭氧層。

9、冷凍潤滑油：空調(diào)壓縮機(jī)所使用的潤滑油被稱為冷凍潤滑油或冷凍機(jī)油，它是一種在高低溫工況下都鞥正常工作的特殊潤滑油，它的主要作用一是潤滑空調(diào)壓縮機(jī)軸承、活塞等零部件表面，以減少運(yùn)轉(zhuǎn)阻力和磨損，降低功率損耗，延長零部件的使用壽命;二是具有冷卻的作用，幾乎是帶走運(yùn)動表面摩擦產(chǎn)生的熱量，防止壓縮機(jī)溫度過高損壞;三是可以滲入到各摩擦表面形成油封，起到阻止制冷劑泄漏的作用;四是降低壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音，不斷沖洗摩擦表面，帶走磨屑，減少摩擦件的磨損。

10、空調(diào)管路：空調(diào)管路的作用是把空調(diào)系統(tǒng)中的各零部件柔性的連接在一起，使

其組成一個密閉的系統(tǒng)，并能承受一定的振動和沖擊。要求它有良好的密封性能和一定的抗壓能力，并且與制冷劑和冷凍潤滑油相兼容，不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕或泄露。

以上就是汽車空調(diào)系統(tǒng)中主要的元器件，那么這些元件是如何組合在一起并且運(yùn)行制冷的呢?

上述這些元件組成了一個封閉的系統(tǒng)，在其中充滿了制冷劑，制冷劑在空調(diào)壓縮機(jī)的作用下循環(huán)流動，在發(fā)動機(jī)艙的冷凝器內(nèi)由氣態(tài)液化為液態(tài)，放出熱量;而在車內(nèi)由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，吸收熱量，從而降低車內(nèi)的溫度。上述過程周而復(fù)始的進(jìn)行，使車內(nèi)的溫度逐漸降低，直到達(dá)到設(shè)定的溫度后，空調(diào)壓縮機(jī)停止工作，制冷劑不再流動，空調(diào)系統(tǒng)停止制冷;當(dāng)車內(nèi)溫度升高后，空調(diào)壓縮機(jī)又重新結(jié)合，恢復(fù)制冷。這個過程反復(fù)進(jìn)行，把車內(nèi)溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)。這就是汽車空調(diào)系統(tǒng)的基本制冷原理。

在這個系統(tǒng)中，以膨脹閥為界，膨脹閥之前(壓縮機(jī)-冷凝器-儲液干燥過濾器-膨脹閥)的制冷劑呈高溫高壓狀態(tài)，稱為高壓側(cè)，相應(yīng)的管道稱為高壓管;膨脹閥之后(膨脹閥-蒸發(fā)器-壓縮機(jī))的制冷劑呈低溫低壓狀態(tài)，稱為低壓側(cè)，相應(yīng)的管道稱為低壓管。我們在車上可以用手來試探這些管路的溫度，從而判斷空調(diào)系統(tǒng)工作是否正常。

汽車空調(diào)系統(tǒng)最常見的故障就是不制冷或制冷不良，最主要的故障原因是制冷劑不足。一般運(yùn)行時間較長的車輛，都會由于系統(tǒng)泄漏而導(dǎo)致制冷劑不足，或者由于管路破損導(dǎo)致制冷劑泄漏，而控制系統(tǒng)或壓縮機(jī)故障比較少見。還有一種較常見的現(xiàn)象是汽車低速空調(diào)不涼而高速制冷正常，這種情況一般都是冷凝器臟污導(dǎo)致的，只要清洗冷凝器外表面就可以了。