中职专业课通用版汽车空调结构与维修项目五 汽车空调控制系统的检修精品综合训练题

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汽车空调控制系统是将驾驶员的操作意图，转变成对汽车空调相关设备的控制，主要包括对压缩机、冷凝风扇、鼓风机等设备的启停控制，对发动机转速的控制以及对线路中相关设备和元件的保护控制等，从而保证汽车空调系统正常运转。汽车空调控制系统的故障现象往往与相关设备发生机械故障时的现象相似，通常难以辨别，需要进行专门的检测才能判定。因此，维修汽车空调时必须掌握汽车空调控制系统的结构及检修方法。
检修电磁离合器及其控制电路
检修汽车空调系统保护装置
压缩机、冷凝器风扇、鼓风机等设备的控制电路是汽车空调控制系统的基本组成，是汽车空调实现制冷、供暖及风速调节功能的基础。随着汽车空调技术的发展，汽车空调的控制电路也日趋复杂，各个车型的控制方式也多种多样，这些都是对基本电路的衍变，是对基本控制功能的扩展和完善。但由于电路结构和控制功能的复杂化，汽车空调控制电路的故障率也在不断升高。设备机械故障比较容易检测出来，而当空调控制系统发故障时，如果不了解各个电路的控制原理和电路结构，就无法快速、准确地找出故障原因并排除故障，甚至还会因错误的检测方式造成次生故障。
1.1 汽车空调控制电路
汽车空调的基本控制电路主要包括电源（蓄电池）、压缩机控制电路、冷凝器风扇控制电路、鼓风机控制电路、发动机转速与温度控制电路及各种保护电路等，其中部分控制电路如图5-1所示。 在图5-1中，蓄电池通过点火开关、熔断丝1、熔断丝2和空调继电器为整个汽车空调控制电路提供电源，构成汽车空调电源电路；压缩机电磁离合器由发动机转速检测电路、车内温度检测电路和压力开关共同控制，它们与电源电路构成了压缩机控制电路；鼓风机的转速由鼓风机风量开关连接电路中电阻器R1，R2的不同组合来控制，它们与电源电路构成了鼓风机控制电路。
图5-1 汽车空调系统部分控制电路
1.2 压缩机控制电路
1.手动空调压缩机控制电路
手动空调的压缩机控制电路根据控制开关的位置可分为控制电源型和控制搭铁型两种控制类型，如图5-2所示。 控制电源型：由开关直接控制电源电路，当开关闭合时，大电流流经开关至执行器构成回路。控制开关在此类控制方式下长期工作会造成触点烧蚀，现代汽车空调系统已不采用。 控制搭铁型：由开关控制继电器线圈回路，继电器触点开关接通执行器回路，从而以小电流信号控制大电流电路的通断。由于此控制方式可有效防止触点的烧蚀，目前大多数汽车空调均采用此控制方式。
（a）控制电源型 （b）控制搭铁型
图5-2 手动空调的压缩机控制电路
2.半自动空调压缩机控制电路
半自动空调压缩机控制电路如图5-3所示，当按下A/C开关时，压缩机控制电路接通，压缩机启动；当蒸发器温度传感器（热敏电阻）检测到蒸发器温度过高，超过设定值时，压缩机控制电路断开，压缩机停转；在压缩机运转时，按下ECON开关，汽车发动机将进入节能模式，发动机ECU在检测到发动机负荷较大或驾驶员深踩加速踏板时，将通过空调控制器自动切断压缩机控制电路，停止压缩机的运转，并在发动机动力充足时重新接通压缩机控制电路，启动压缩机。
图5-3 半自动空调压缩机控制电路
1.3 冷凝器风扇控制电路
1. A/C开关直接控制型
A/C开关直接控制型冷凝器风扇控制电路如图5-4所示，冷凝器风扇控制电路与压缩机电磁离合器控制电路并联。当汽车空调A/C开关接通时，压缩机电磁离合器通电并接合压缩机，同时冷凝器风扇继电器线圈通电，继电器触点闭合，冷凝器风扇开始高速运转。
图5-4 A/C开关直接控制型冷凝器风扇控制电路
2. A/C开关和水温开关联合控制型
A/C开关和水温开关联合控制型冷凝器风扇控制电路如图5-5所示，该电路适用于汽车发动机冷却系统和空调冷凝器共用一个冷却风扇的情形。此时冷却风扇通常具有高速和低速两种转速，当A/C开关断开或发动机冷却水温度在89～92℃时，冷却风扇通过常速风扇继电器的触点接入电源，开始低速运转；当A/C开关闭合且水温达97～101℃时，冷却风扇通过高速风扇继电器的触点接入电源，开始高速运转。
图5-5 A/C开关和水温开关联合控制型冷凝器风扇控制电路
3.制冷剂高压开关与水温开关组合控制型
制冷剂高压开关与水温开关组合控制型冷凝器风扇控制电路如图5-6所示，采用双冷却风扇的车型多采用此类控制方式。 该电路主要通过高压开关和水温开关不同状态的组合，来控制冷凝器风扇和发动机冷却风扇并联或串联，从而使两台风扇高速或低速运转，如图5-7所示。 （1）当汽车空调不工作时，水温开关控制冷却风扇的工作。 （2）当汽车空调工作时，水温开关和压力开关同时控制冷却风扇的工作。
图5-6 制冷剂高压开关与水温开关组合控制型冷凝器风扇控制电路
图5-7 制冷剂高压开关与水温开关组合控制型冷凝器风扇控制电路的工作原理
1.4 鼓风机控制电路
1.鼓风机开关和调速电阻联合控制型
鼓风机开关和调速电阻联合控制型鼓风机控制电路如图5-8所示，调速电阻串联在鼓风机电动机和鼓风机开关之间，一般安装在蒸发器组件上，利用鼓风机送来的空气进行冷却；鼓风机开关一般安装在操作面板上，通过设置不同的挡位来调节调速电阻，进而调节鼓风机的转速。鼓风机开关的挡位设置一般有二速、三速、四速、五速等方式，图5-8所示为四速开关。
图5-8 鼓风机开关和调速电阻联合控制型鼓风机控制电路
2.大功率晶体管控制型
大功率晶体管控制型鼓风机控制电路如图5-9所示，鼓风机的转速由汽车空调控制器通过大功率晶体管控制。 大功率晶体管将来自空调控制器的鼓风机驱动信号放大，放大后的信号决定了鼓风机的实际转速。而鼓风机驱动信号则由空调控制器根据车内温度传感器信号和设定温度之间的差值来确定。在制冷模式下，如果车内温度远比设定的温度高，鼓风机将高速运转；而当车内温度降低时，鼓风机的转速也随之降低。在供暖模式下，如果车内温度远比设定的温度低，鼓风机将高速运转；而当车内温度升高时，鼓风机的转速也随之降低。
图5-9 大功率晶体管控制型鼓风机控制电路
3.调速电阻与晶体管组合控制型
采用电控单元ECU控制的汽车自动空调系统一般同时具有自动模式（AUTO）和手动模式两种运行模式，此时空调鼓风机多采用调速电阻与晶体管组合控制型控制电路，如图5-10所示。当汽车空调在自动模式下运行时，鼓风机的转速由ECU根据车内外温度及其他传感器信号进行控制；当汽车空调在手动模式下运行时，鼓风机的转速由鼓风机开关所设置的挡位决定。
图5-10 调速电阻与晶体管组合控制型鼓风机控制电路
任务实施--（1）任务描述
表5-1 任务信息表
任务实施--（2）实施步骤参考
1.检修压缩机控制电路
压缩机控制电路如图5-11所示，A/C控制总成AC1端子向发动机控制模块ECM输出电磁离合器接通信号；ECM在接收到信号后将通过ACT端子向A/C控制总成输出电磁离合器继电器闭合信号；A/C控制总成接收到ECM输出的信号后，使电磁离合器继电器线圈电路通电，电磁离合器继电器的触点3，5闭合，此时电磁离合器与压缩机接合，在发动机的驱动下开始工作。
图5-11 压缩机控制电路
2.检修冷凝器风扇控制电路
表5-3 A/C控制总成插接器检测登记表
对于制冷剂高压开关与水温开关组合控制型冷凝器风扇，在启动汽车空调后，通过短接和断开水温开关和高压开关来检查风扇的运行情况，将检查结果填入表5-3中。
3.检修鼓风机控制电路
图5-12 鼓风机控制电路
拆卸鼓风机总成，断开鼓风机插接器。
将蓄电池正极引线接鼓风机插接器端子2，负极引线接鼓风机插接器端子1，此时鼓风机应高速、平稳运转。
检查蓄电池与鼓风机之间、鼓风机与车身搭铁之间的线束和插接器，查看其是否有断路、短路或接触不良等现象，如有则应及时修复。
任务实施--（3）任务考评
表5-4 检修汽车空调基本控制电路任务考评信息表
一辆2012年款帕萨特轿车的汽车空调出现电磁离合器打滑现象，启动制冷系统后，压缩机和电磁离合器一直无法吸合。维修员停车检查发现：传动带松紧度正常；启动发动机，打开汽车空调，发动机怠速为900 r/min；用数字万用表测量压缩机电磁线圈，电压为12 V，电流为3.5 A，均正常。故障原因只能出在电磁离合器上，可能是压力板和带轮之间的间隙过大所致。随后，维修员关闭发动机和汽车空调，拆卸下压缩机和电磁离合器，重新调整了压力板和带轮之间的间隙，重装后试车发现压缩机可以工作，故障排除。
汽车空调通过电磁离合器的接合与分离来控制压缩机的启停。电磁离合器与压缩机轴承之间的间隙过大会在运转时产生噪声，加剧轴承的摩擦；电磁离合器接合不良则会在运转时出现打滑现象；而电磁离合器控制电路发生故障则会造成压缩机无法正常启停。那么电磁离合器由哪些部件构成，如何对其进行检测呢？
2.1 电磁离合器的结构
汽车空调压缩机上的电磁离合器用于控制压缩机和发动机带轮之间的动力连接，主要由压力板、带轮和电磁线圈组成，如图5-13所示。
图5-13 电磁离合器的结构
2.2 电磁离合器控制电路
1.温控开关控制的电磁离合器控制电路
采用温控开关控制的电磁离合器控制电路如图5-14所示，其中温控开关串联在电磁离合器电路中，当车内温度达到设定温度时，温控开关断开，电磁离合器断电而使压力板与带轮分离，压缩机将停止工作，以避免蒸发器结霜，同时还可降低能耗。
图5-14 采用温控开关控制的电磁离合器控制电路
2.压力开关控制的电磁离合器控制电路
采用压力开关控制的电磁离合器控制电路如图5-15所示，其中压力开关串联在电磁离合器电路中，当检测到管路中的压力异常时，压力开关将断开，使电磁离合器断电而使压力板与带轮分离，从而使压缩机停止工作，以防止制冷系统在制冷剂压力异常的情况下工作。
图5-15 采用温控开关控制的电磁离合器控制电路
压力开关一般安装在制冷系统的低压管路上，通常位于储液罐和膨胀阀之间，如图5-16所示。
图5-16 压力开关的安装位置
3.电磁离合器间接控制方式控制电路
1）继电器控制式 继电器控制式电磁离合器控制电路如图5-17所示，温控开关和压力开关与继电器的线圈串联，从而避免电磁离合器的大电流流过两个开关；而电磁离合器则由继电器开关触点控制，当温控开关和压力开关同时闭合时，继电器触点闭合，电磁离合器通电而驱动压缩机工作。
图5-17 继电器控制式电磁离合器控制电路
2）放大器控制式 放大器控制式电磁离合器控制电路如图5-18所示，空调放大器将温控开关和压力开关的信号放大，然后再通过继电器控制电磁离合器，可在继电器控制式电路的基础上进一步减小温控开关和压力开关的工作电流，更好地保护了开关的触点。
图5-18 放大器控制式电磁离合器控制电路
2.3 车速控制电路
当发动机怠速运行时，开启空调会使发动机负荷增大，容易造成发动机过载甚至熄火，进而引起电磁离合器打滑并加剧传动带磨损；同时，发动机过载运转则会使冷却水温度升高，造成发动机过热，进而引起冷凝器温度和压力异常升高；而压缩机转速过低则会造成空调制冷量不足，发电机也会因转速低而不能正常发电，使蓄电池亏电。为了解决以上问题，汽车空调一般都具有怠速控制功能，常见的怠速控制装置有怠速继电器和怠速提升装置等。
1）怠速继电器 汽车空调系统的低速控制装置一般使用怠速继电器，它是一种电路控制器件，其原理如图5-19所示。
图5-19 怠速继电器电路
图5-20 怠速继电器接线原理示意图
1—蒸发器；2—压缩机；3—怠速继电器；4—点火线圈；5—蓄电池；6—点火开关；7—熔断丝盒
汽车超速控制电路的主要装置是空调加速切断器，其作用是在汽车加速时暂时切断空调压缩机电磁离合器的电源，以增大汽车的后备功率，使汽车有足够的动力超车；同时防止在汽车加速时，由于转速过高，超过压缩机的额定转速而使压缩机损坏。 加速切断器的安装位置和控制原理如图5-22所示，它主要由一个微动开关和一个控制簧片组成。
（a）安装位置 （b）控制原理
图5-22 加速切断器的安装位置和控制原理
表5-5 任务信息表
断开电磁离合器线束插接器（见图5-23），拧下电磁离合器前端盖固定螺母，取下压力板。
用卡簧钳取下皮带轮上的卡簧（见图5-24），用拉码取下电磁离合器带轮。
用卡簧钳取出压缩机前盖挡圈，取下电磁离合器的电磁线圈。
与拆卸顺序反向安装电磁离合器，但在安装时应注意，线圈定位孔必须与压缩机前盖上的凸起相匹配，以防止线圈移动；安装带轮和压力板时可用木槌或其他工具轻轻敲击使其固定。
图5-23 断开电磁离合器线束插接器
图5-24 用卡簧钳取下皮带轮上的卡簧
检查离合器压力板是否变色、剥落或损伤，如有损坏，则更换配件。
用手转动带轮，检查带轮与轴承之间的间隙和阻力，如果转动时发出噪声或发现间隙过大、阻力过大，则应更换电磁离合器。
用百分表或塞尺测量带轮与压力板之间的间隙（见图5-25），给电磁离合器施加12 V电压，测量压力板发生的位移。
用万用表测量电磁线圈的电阻（见图5-26），正常应为4～5 Ω，如所测结果偏差较大，则应更换电磁线圈。
（a）用百分表测量 （b）用塞尺测量
图5-25 测量带轮与压力板之间的间隙
图5-26 测量电磁线圈的电阻
3.检修电磁离合器控制电路
将电磁离合器插接器接好，打开A/C开关，观察电磁离合器是否打滑。如果打滑，则用万用表检测电磁离合器插接器两角之间的电压，正常应为蓄电池电压。
若检查相关线路未发现故障，则检查电磁线圈的电阻是否正常，如线圈电阻异常，则将其更换。
若电磁线圈正常，则检查电磁离合器压力板与带轮之间、带轮与轴承之间的间隙，如间隙过大且无法调节，则更换电磁离合器。
表5-6 检修电磁离合器及其控制电路任务考评信息表
一辆20013年款捷达轿车，在开启空调后散热器风扇高速运转，关闭空调后风扇依然高速运转；关闭点火开关后，风扇仍在高速运转；拆下蓄电池接线，散热器风扇才停转。重新接上蓄电池接线，风扇并不运转，但启动发动机并开启空调后，散热器风扇又开始高速运转。而关闭发动机和空调，风扇仍高速运转不停。维修员根据该车电路分析，故障可能是风扇热敏开关中的高温触点闭合，或是空调管路上的高压开关闭合所致。
维修员检查散热器风扇热敏开关，启动发动机，开启空调，在散热器风扇高速运转时拔下热敏开关接线插头，散热器风扇仍高速运转不停，因此故障不在热敏开关处。当启动发动机并开启空调后，空调管路的压力超过1 600 kPa，高压开关闭合，空调高速继电器工作，散热器风扇高速运转。关闭空调及发动机时，12 V电压从30号线→19号保险丝→风扇高速继电器闭合的触点→散热器风扇→风扇内部的低速降速电阻→损坏的空调高压开关F23→空调高速继电器线圈构成通路，空调高速继电器工作，散热器风扇高速运转。拆下蓄电池接线后风扇高速继电器触点断开，重新接上后，触点还处于断开状态，不能构成上述回路，故散热器风扇不运转。再次启动发动机并开启空调后，故障重现。由此维修员判定故障原因为高压开关损坏。在更换高压开关后，故障排除。
汽车空调为了避免在异常工况下受到损伤，设置了压力保护、温度控制和过热保护等相关保护装置。若这些保护装置发生故障，就无法在汽车空调的压力、温度超过极限条件时起到保护作用，从而造成压缩机、蒸发器、制冷剂管路等损坏。而保护装置故障通常不会直接显现，但是带来的隐患却不可小觑。那么如何检测汽车空调的保护装置，怎样判定它们是否存在故障呢？
3.1 压力保护装置
汽车空调制冷系统中一般都设有压力开关。常用的压力保护开关有高压压力开关、低压压力开关、高低压组合开关和三位压力开关等，其安装位置和功用也有所不同，具体如表5-7所示。
表5-7 汽车空调系统常用压力开关形式及作用
1.温度控制器的作用及安装位置
温度控制器又称为恒温器、温控器或温控开关，其作用是检测蒸发器及车室内的温度并将它稳定在一定的范围内，并防止蒸发器表面结霜。常用的温度控制器有波纹管式、双金属片式和热敏电阻式3种。
2.波纹管式温度控制器
波纹管式温度控制器是利用波纹管的伸长（温度升高时）或缩短（温度降低时）来接通或断开触点，从而使压缩机工作或停止的。其工作原理如图5-31所示。感温元件毛细管和波纹管内充有感温剂（一般是制冷剂），感温毛细管的一端插入蒸发器出口处的翅片间，感受蒸发温度。调温机构主要由凸轮、凸轮轴及温度调节螺钉等组成，作用是使温度控制器能在一定温度范围内工作。触点开闭机构主要由触点、弹簧、杠杆等组成。
图5-31 波纹管式温度控制器工作原理示意图
1—感温毛细管；2—波纹管；3—凸轮轴；4—凸轮；5—调节弹簧；6—温度调节螺钉；7—触点；8—电源；9—电磁离合器线圈；10—支撑弹簧
3.双金属片式温度控制器
双金属片式温度控制器没有波纹管，直接暴露在气流中。它的温度调整方法与波纹管式相同，其工作原理如图5-32所示。
图5-32 双金属片式温度控制器工作原理示意图
1—导线；2—双金属片；3—动触点；4—定触点；5—壳体
4.热敏电阻式温度控制器
热敏电阻式温度控制器的感温元件是一个热敏电阻，其特性是温度升高，电阻值下降，即具有负温度系数。它安装在蒸发器出口处，检测该处的温度。热敏电阻用导线与一个电路相连。当蒸发器出口处温度变化时，热敏电阻的阻值即发生变化，通过控制电路，控制电磁离合器的通电与断电，使压缩机运转或停转，从而调节系统的制冷量及车室内的温度，并能防止蒸发器表面结霜。 热敏电阻式温度控制器电路原理如图5-33所示。
图5-33 热敏电阻式温度控制器电路原理
1—蓄电池；2—空调开关；3—压力开关；4—电磁线圈；5—触点开关；6—电磁离合器；7—空调指示灯；8—热敏电阻；9—可变温度控制电阻；10—调温电阻
3.3 过热保护装置
过热开关和热力熔断器是配套使用的，它们的作用是防止压缩机在制冷剂严重缺乏或全部漏失的情况下继续运转，使压缩机损坏。过热开关是一种温度—压力感应开关，装于压缩机缸盖上，其结构如图5-34所示。热力熔断器与过热开关配合使用，其工作原理如图5-35所示。 当制冷系统的制冷剂很少或全部漏失时，系统内就会出现高温低压现象，过热开关感应管内的工质就会膨胀，膜片上移使触点与接线柱接触，过热开关闭合。过热开关闭合后，电流就通过热力熔断器中的发热丝，发热丝发热直至将熔断丝熔化。熔断丝熔化后，压缩机电磁离合器线圈断电，压缩机停止工作。
图5-35 热力熔断器工作原理示意图
1—开关；2—熔断丝；3—发热丝；4—电磁离合器；5—过热保护开关
图5-34 过热开关结构示意图
1—接线柱；2—绝缘圈；3—外壳；4—动触点；5—金属膜片；6—感应管
表5-10 任务信息表
表5-11 检测汽车空调系统保护装置任务考评信息表