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    凌志400空调实验台，汽车全自动空调教学实验系统

第一部分　　 汽车空调系统简介
一、全自动空调系统的介绍
1、全自动空调与普通空调系统的区别
随着人们对汽车乘座舒适性要求的提高，现在轿车都装备了汽车空调系统。汽车空调系统主要有三个主要功能：制冷、取暖和通风。汽车空调系统的工作原理与普通空调系统相同之处在于：通过机械作功，使制冷剂状态发生变化的同时带走汽车车厢内的热量，达到制冷的目的；不同之处在于：汽车空调的采暖是通过发动机的冷却系统散热来加热车内空气，而普通空调系统是通过冷媒做与制冷相反的过程变化来加热室内空气；另外一点区别是汽车空调可以方便地实现内空气循环与外空气循环的变换，从而交换内外空气达到换气的目的，普通空调实现这个目的比较困难。最后，汽车空调压缩机动力来自发动机的动力输出，而不是通过电机驱动。
一般汽车空调系统可分为普通空调系统与全自动空调系统两种，通常的普通空调是通过人工手动设定风机转速、出风方式和出风温度后，空调系统不能自动根据车内、外环境温度与光照强度的变化而调整工作状态。而自动空调系统主要特点是通过若干个温度及光照等传感器来测量环境的温度及光照的变化的信号，微机控制系统内事先设定好的程序自动进行制冷及取暖、送风方式、压缩机状态及内外气热循环的变化。从而使车内的环境温度及空气质量达到最佳的状态。最先进的汽车空调系统还可以根据车内不同乘客的不同要求，在车厢内部营造出适合每个人不同的温区。微机控制全自动空调系统一般都有故障诊断系统。
2、全自动空调系统的主要组成部分
本书全自动汽车空调系统采用的是凌志LS-400轿车上的汽车空调系统。凌志LS-400轿车属于日本丰田公司的高级车型，此空调系统基本具备了全自动空调系统的所有功能。全自动空调系统从功能上来分主要可分为：制冷系统、取暖系统和空调电控系统。
凌志LS—400汽车制冷系统主要由压缩机、冷凝器、干燥贮液器（容器）、膨胀阀、蒸发器、输液（气）软管以及风扇（电动冷却风扇、送风机马达）等组成。其中，蒸发器、送风马达、膨胀阀、蒸发器温度传感器以及送风机电阻等组成冷却和送风机组件，位于汽车仪表板下方；压缩机、电动冷却风扇和冷凝器、干燥贮液器（容器）等位于汽车发动机舱内（如图1所示）。


图1 凌志LS-400空调系统结构位置图
凌志LS—400汽车取暖系统主要由加热器芯、冷却水控制阀、加热器鼓风机及发动机冷却系统组成。
凌志LS—400汽车空调电控系统主要由传感器、空调ECU和执行器组成。
二、空调制冷系统的工作原理及各组成部分的作用
汽车冷气系统的工作原理与家用空调原理基本相似。实现制冷效应，必须采用一种可使周围气温下降的物质，称制冷剂。汽车制冷系统现多采用氟里昂12（R—12或F12），R—12主要特性为：
（1） 0.1Mpa大气压下—29.8℃开始蒸发。
（2）在5℃、0.3Mpa压力下呈液态，冰结温度为—158℃。
（3）无色、无毒、无刺激性，常温下无变化，不爆炸，不侵蚀金属和橡胶件，适合小型冷气机使用。
（4） 明火时即产生有毒性的光气，在车内空气中氟里昂浓度达28.5%~30%时会引起人体缺氧而窒息。
制冷剂R—12在不同压力与温度下的冷凝、气化曲线如图2所示，曲线上部表示R—12处于气态，下部表示处于液态，曲线本身则表示R—12在不同压力下的沸点。

图2 制冷剂的压力-温度变化状态图
液态的R—12如在一定温度下降低压力，就会蒸发成气体。在这气化过程中需要从周围空气中吸取一定热量，使周围气温下降而实现制冷效应。制冷循环过程如图所示。
基本的制冷系统由制冷剂和四大机件：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器所组成。制冷循环工作原理是这样的：低温低压的液态制冷剂流入蒸发器，从车厢空气中夺走蒸发所需的热量（车厢内空气因此而冷却），流出蒸发器时，制冷剂因吸热而由液态气化成低温低压的气态。压缩机吸入低温低压的气态制冷剂后，将其压缩成高温高压气态制冷液，流入冷凝器散热冷凝成中温高压液态制冷液，再流入膨胀阀，经膨胀阀膨胀减压后，又变为低温低压的液压制冷剂，重新回到蒸发器入口，完成了制冷剂由液态吸热气化成气态，又由气态放热冷凝成液态的工作循环。
由此可见，制冷循环应包括以下四个变化过程。
压缩过程：压缩机将蒸发器出口处的低温（约0℃）、低压（约0.15Mpa）的气态制冷剂增压为高温（70~80℃）、高压（1.5MPa左右）的气态过热制冷剂，流入冷凝器冷却降温。
冷凝过程：过热气态制冷剂进入冷凝器散热冷凝为液态制冷剂。冷凝过程的后期，制冷剂成为高压、中温（约40℃）的制冷液体。
膨胀过程：制冷剂通过膨胀阀后，体积变大，其压力和温度急剧下降，则使中温高压液态制冷剂变成低温（约—5℃）、低压（约0.15MPa）的湿蒸气，以便进入蒸发器中迅速吸热蒸发。在制冷剂蒸发膨胀过程中进行节流控制，供给与制冷负荷相适应的制冷剂流量，从而达到所需的制冷温度。
蒸发过程：从膨胀阀流出的制冷剂，通过蒸发器不断吸热气化变成低压（约0.15MPa）、低温（约0℃）的气态制冷剂，吸收车厢中的热量。
要实现以上的制冷过程主要是通过以下的主要部件的工作实现，以下介绍这些部件的作用：
1、压缩机
压缩机是对气态制冷剂进行加压的加压泵，它是制冷系统的心脏。压缩机使制冷剂在制冷系统中产生循环。它的主要工作机理为通过活塞在气缸中上下运动，改变压缩机室内气态制冷剂的体积，达到增压目的。
2、电磁离合器
电磁离合器一般位于压缩机轴毂总成上，有旋转线圈式与固定线圈式两种。旋转线圈式电磁离合器在压缩机运转时，电磁线圈与皮带轮一起旋转，线圈的两个端子各自焊在两个铜环上，通过两个碳刷输入励磁电流；固定线圈式电磁离合器结构如图3所示。

图3 电磁离合器
固定线圈式电磁离合器主要由皮带盘、电磁线圈、离合器驱动片、轴毂总成组成。电磁线圈的一端搭铁，另一端经空调温度自动控制开关与电源相连。当冷气开关开启时，空调温控继电器吸合，压缩机的电磁线圈通电，产生电磁力吸入离合器驱动片，紧压在皮带侧缘上，两者结合成一体，皮带轮的驱动力经驱动片与轴毂总成带动压缩机旋转，冷气系统即开始工作。当空调温度达到所设定的温度时，空调温控继电器线圈断电，切断了电磁离合器线圈的电源，轴毂上的驱动片在弹簧片弹力的作用下与皮带盘相分离，于是压缩机停止运转。
3、冷凝器与蒸发器
冷凝器构造如图4所示。

图4 冷凝器

蒸发器的结构如图5所示。

图5 蒸发器
它由铝制芯管和散热片组成。其作用与冷凝器的功用相反。制冷系统循环时，高压液压制冷剂经膨胀阀后压力降低，即开始汽化吸收芯管散热片及周围空气的热量。配置送风机加速热交换循环，使车厢内的气温下降。
4、贮液干燥过滤器
贮液干燥过滤器如图6所示。
它主要由玻璃视液镜、吸取管、粗过滤器、硅胶、过滤器及壳体所组成。它的作用是滤去制冷剂中杂质及水分，保证流出贮液干燥器为百分之百液态制冷剂。玻璃视液镜用以观察制冷剂是否够量。若视液镜很明净，表示系统有足够的制冷剂；如出现气泡，则表示系统进入了空气；若见到乳白色雾状物，说明干燥过滤剂已从贮液干燥过滤器中逸出，随制冷剂一起在系统中循环。

图6 贮液干燥过滤器
凌志LS—400视液镜即为图1中的观察窗。
5、膨胀阀
凌志LS-400制冷系统使用的膨胀阀为自动温度控制式膨胀阀，其结构如图7所示。

主要由感温筒、膜片、膨胀阀壳体、球阀、弹簧等部件组成。膨胀阀安装在蒸发器入口处。感温筒内装制冷剂，通过直径细小的毛细铜管连接在膨胀阀膜片的上方。感温筒捆绑于蒸发器出口的管路上。
当压缩机运转时，蒸发器出口处的热负荷使感温筒中的制冷剂膨胀，膨胀阀膜片上方的压力升高，膜片向下移动顶开球阀。来自贮液干燥过滤器的液态制冷剂从小孔喷入蒸发器，因突然膨胀而成为低压蒸气，吸收蒸发器芯管周围空气的热量而激化为低压气态制冷剂。当蒸发器出口处温度降低时，感温筒中的制冷剂收缩，膨胀阀膜片上方的压力减小，膜片向上移动，球阀开启行程变小，则喷入蒸发顺的制冷剂量减少，导致空气制冷量减少；当压缩机停止运转时，膨胀阀膜片上方的压力与蒸发器入口处压力相等，膨胀阀弹簧作用使球阀关闭，防止制冷剂倒流回压缩机。