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汽车空调系统及故障诊断研究

2019-07-15 15:34 点击:
汽车空调是用人工制冷和采暖的方法,调节车内温度、湿度、气流速度、洁净度等,创造清新舒适的车内环境以及除去玻璃上的雾、霜和冰雪,从而保障乘员身体健康和行车安全。汽车空调系统由制冷、取暖、通风等装置组成,由汽车发动机或电动机驱动,大部分工况是在车辆行驶时,存在承受剧烈频繁的振动冲击、受到动力系统及全车电器系统制约等特点,汽车空调的故障诊断较家用空调难度也大很多。
1 汽车空调制冷系统
1.1 汽车空调制冷系统组成

图1 空调制冷系统工作原理图
汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、空调管路等组成,制冷剂在空调系统不断重复压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个过程实现车内制冷。主要循环过程:1)压缩机通过发动机皮带驱动,吸入蒸发器出口处低温低压的气态制冷剂并压缩成高温高压的气态排向冷凝器。2)高温高压的气态制冷剂气体进入冷凝器,经过冷凝器的散热后变成高温高压的液体。3)高温高压的液态制冷剂通过储液干燥器的储存、干燥和过滤后进入膨胀阀4)液态制冷剂经过膨胀阀节流后压力急剧下降,以雾状进入蒸发器。5)雾状液态制冷剂经过蒸发器变成气态,同时制冷剂在蒸发器内大量吸收周围热量,车内温度降低。
1.2 空调制冷系统的控制
汽车空调制冷系统主要由电磁离合器、压缩机感温包、ECU、高低压开关、继电器、蒸发器温度传感器、AC 开关、鼓风机电机、风扇电机等元器件进行控制。
2 制冷系统关键零部件及故障诊断
2.1 空调电磁离合器及故障诊断
2.1.1 电磁离合器组成

图2 电磁离合器组成结构
2.1.2 电磁离合器的功能
电磁离合器通过皮带与发动机相连,当打开空调A/C 开关,电流通过电磁线圈产生较强磁场,使压缩机的吸盘和皮带轮结合,驱动压缩机主轴旋转及使压缩机进入运转工作状态。当切断A/C 开关,磁场消失,吸盘与皮带轮分离,压缩机停止工作。
2.1.3 电磁离合器故障诊断
电磁离合器的常见故障现象是离合器不啮合、离合器不分离、离合器异响等。不啮合主要是励磁线圈短路、继电器故障、间隙不合、卡环故障、线路故障等引起;不分离主要是因为间隙不合、卡环故障、电气故障;离合器异响主要原因是轴承损坏、皮带打滑、皮带不平行、卡环故障等。针对离合器电气故障的排除一般 可按如下步骤:1)检查空调保险丝是否被熔断,2)确认电磁离合器直接连接12V 电源是否吸合,3)检查插接件、搭铁、线路连接是否可靠等。
2.2 空调压缩机缸体及故障诊断
2.2.1 压缩机的分类见图3:

图3 空调压缩机分类
2.2.2 压缩机的功能
空调压缩机是空调系统的动力源,将蒸发器低温、低压的气态制冷剂吸入压缩机,使蒸发器内的制冷剂的压力进一步下降沸腾,从而进一步吸热。制冷剂进入压缩机后,压缩机把低温、低压的制冷剂蒸汽转化为高温高压的制冷剂蒸汽并将其送入冷凝器。
2.2.3 空调压缩机缸体结构原理
1)斜盘式压缩机工作原理
斜盘式压缩机的斜盘与主轴固定连接在一起,几个个活塞连杆与斜盘的边缘连接固定,当斜盘旋转时几个活塞各自往复运动,进行吸气、压缩、排气的工作循环。

图4 斜盘式压缩机工作原理
2)涡旋式压缩机结构原理
涡旋式压缩机制冷剂气体通过吸气管进入压缩机的吸气室,经过压缩机啮合涡旋盘的吸气口进入压缩腔压缩,然后进入压缩机后部的背压腔及通过开在背压腔上的压缩机排气口排出。压缩机的吸气口与空调系统的吸气管相连,排气口与空调系统的排气管相连。

图5 涡旋式压缩机工作原理
2.2.4 空调压缩机故障诊断
根据问题处理经验,压缩机主要故障整理见下表1:

表1 压缩机常见故障及原因
2.3 冷凝器及故障诊断
2.3.1 冷凝器作用
冷凝器一般装在汽车前端,迎面风将压缩机排出的高温、高压制冷剂气体降温,同时将制冷剂的热量排放到空气中,从而使高温、高压的制冷剂气体冷凝成较高的高压液体。

图6 冷凝器工作原理
2.3.2 冷凝器的故障诊断
冷凝器的的主要故障为泄漏、脏堵、散热不良等,针对泄漏比较容易排查,泄漏位置一般都会有明显的压缩机油痕迹且有伴随灰尘的附着,也可以通过制冷剂泄漏检测仪进行检测。散热不良主要是外部环境的一些异物附着在冷凝器上,引起了空气的流通不顺畅及热量不能快速的散发,从而影响到空调系统的制冷性能。冷凝器堵塞发生的不是特别频繁,冷凝器堵塞后会在冷凝器堵塞位置的前后分别出现压力过高和压力过低现象,有时在冷凝器堵塞位置某点会出现水珠聚集的现象。
2.4 蒸发器、温度传感器及故障诊断
2.4.1 蒸发器的原理
蒸发器与冷凝器均为换热器,但作用与冷凝器完全不同,进入蒸发器的制冷剂由于压力突然变低成为雾状,制冷剂进一步汽化吸收热量使车内空气降温,空调鼓风机持续使空气经过蒸发器表面降低空气温度。
2.4.2 蒸发器的温度传感器原理
温度传感器一般安装在蒸发器表面或插入翅片内,用于检测蒸发器表面的温度并控制压缩机的通断,从而调节车内温度,防止蒸发器表面因温度过低而结霜。
2.4.3 蒸发器温度传感器故障诊断
我们夏季开空调时,有时会遇到空调反复不制冷情况,可能是蒸发器结冰导致,我们可对传感器及线路进行检查,如传感器脱出或故障都会使会传感器无法正确监测到蒸发器的表面温度及控制压缩机的通断,从而导致蒸发器结冰无法通风及空调系统失效。
2.5 膨胀阀及故障诊断
2.5.1 膨胀阀作用
膨胀阀在空调制冷系统中处于储液干燥器和蒸发器之间位置,高温高压的液体制冷剂通过膨胀阀的节流作用变为低温低压的制冷剂蒸汽,制冷剂在蒸发器中吸收热吸收热量达到车内制冷效果。
2.5.2 膨胀阀的工作原理
膨胀阀开度主要取决于三个压力:P1=P2 +FP1:感温包压力,作用在使阀趋向开启的膜片一侧; P2:蒸发压力,作用在膜片下方;F:弹簧力,作用在膜片下方。
气箱头温度降低时P1<P2+F,阀口开度减小;气箱头温度升高时P1>P2+F,阀口开度增大:

图7 膨胀阀工作原理
2.5.4 膨胀阀的故障诊断
膨胀阀的主要故障有脏堵、冰堵、感温包损坏、结霜等。脏堵的主要是密封的制冷剂系统中混入杂质,一般是空调系统零部件生产加工过程中洁净度控制不好导致的一些金属屑、灰尘、杂物附着。这些杂质在制冷剂系统中会导致膨胀阀、储液干燥器等轻微的堵塞,一般情况下会出现空调系统的压力值过低,如果堵塞发生在储液干燥器,储液干燥器前后空调管路会有明显的温差。冰堵也是汽车空调系统常见的故障,一般情况是空调制冷剂中混入水汽,膨胀阀冰堵后空调系统将停止工作及不再制冷,随后空调系统温度升高冰堵融化,空调再次具备制冷的能力,所以膨胀阀出现冰堵后,空调系统表现的是间歇不制冷现象。膨胀阀本身零件质量问题一般也会导致开度过大,总体表现为高压偏低及低压偏高,空调制冷性能变差。
2.6 储液干燥器、易熔塞、压力开关及故障诊断
2.6.1 储液干燥器
储液干燥器一般布置在冷凝器与前蒸膨胀阀之间的管路上或与冷凝器集成在一起。干燥瓶的主要作用:储存、缓冲、干燥和过滤。
2.6.2 易熔塞
这是一种安全措施,一般装在储液干燥器上,用螺塞拧入。螺塞中间是一种铜铝合金,当制冷工质温度升到(95~110)℃,易熔合金熔化,制冷剂逸出,避免了系统中其它部件损坏。
2.6.3 高低压开关
常见的压力开关主要有高压开关、低压开关、双重压力开关。一般装在储液干燥器或高压侧管路上,串联在压缩机电磁离合器电路或冷凝器风扇电路中。当系统压力过高/过低时,压力开关动作,切断离合器电路或接通冷却风扇高速挡电路,启动相应的保护电路,避免造成系统的损坏。
2.6.4 储液干燥器故障诊断
一些储液干燥器集成了易熔塞、高低压开关,主要故障为干燥剂失效、脏堵、高低压开关失效、易熔塞熔融等,必要时进行更换。
2.7 空调管路
空调制冷管路保证了空调制冷系统中各组件间的连接,主要有压缩机与蒸发器连接的压缩机进气管路、压缩机与冷凝器连接的压缩机排气管路管路及冷凝器与蒸发器连接的管路组成,其中压缩机进气管管路压力最低管路直径最大。压缩机的进气管和排气管一般都含有软管。空调管路导致的空调故障较多,主要是密封原因导致,如O 型圈破损等。
2.8 空调制冷剂及冷冻机油及故障诊断
2.8.1 制冷剂及冷冻机油
目前汽车空调系统所用的制冷剂主要是R134a。空调压缩机使用的润滑油称为冷冻机油,它必须能在高温和低温条件下都能正常工作。冷冻机油的功用主要是润滑压缩机轴承、活塞等零件表面。
2.8.2 故障诊断
主要原因为空调制冷系统内有水汽、空气,制冷剂不足,制冷剂过多导致的空调制冷效果差,可通过空调压力表进行检测。
3 汽车空调供暖系统及故障诊断
3.1 汽车空调供暖及通风系统功用
汽车空调供暖系统主要为车内提供暖气及除霜除雾,在北方的冬天用的较为频繁,燃油车空调主要利用发动机冷却系统余热采暖,电动空调主要用热泵或PTC 等方式。通风主要通过汽车空调的配气系统空气进入、空气混合、空气分配阶段实现空气过滤、内循环、外循环、冷风、暖风、吹脚、吹脸、吹窗等不同模式,为车内提供更加舒适健康的环境。
3.2 汽车供暖、通风控制
汽车供暖、通风系统通过调速电阻控制控制鼓风机的转速实现空调风量的大小(如图)。通过转换内外循环等装置实现车内空气的换气。

图8 风速控制电路
3.3 暖风系统故障的诊断及排除
主要故障:(1)送风系统故障,通常由鼓风机或其控制电路故障、风机继电器及调温器故障、热风管道堵塞故障、 温度门真空驱动器故障引起。(2)加热器系统故障通常由加热器漏风、加热器芯内部有空气、加热器翅片变形造成通风不良故、 温度门加热器管道积垢堵塞引起。(3 )冷却液管路故障通常由热水开关或真空驱动器失效、发动机冷却液石蜡节温器失效、冷却液不足引起 。(4 )风机不工作主要原因为风机电路或其控制电路熔丝熔断或开关接触不良、风机电动机绕组短路或断路、风机调速电阻断路、风机继电器故障、风机电路导线连接故障等。(5)管路泄漏故障主要由于管路老化故障、接头不牢及密封不严故障、热水开关不能闭合等原因引起。(6)供暖过热故障主要由调风门调节不当、发动机节温器损坏、风扇调速电阻损坏。(7)除霜热风不足故障主要由于除霜门调整不当、出风口堵塞引起。(8)操作不灵敏故障主要由操作机构卡死、风门过紧等引起。
4 汽车空调系统故障诊断总结
上文介绍了空调系统零部件及故障诊断,如能够快速的诊断出空调的故障,需要要对空调产品、电器原理、制冷原理有深入的了解。空调故障通常可以通过出风温度、出风量、噪音、压力、电压 的异常表现出来,我们可以根据A/C 开关显示的故障代码以及空调运行情况,通过分析和判断找出问题原因。主要分为空调系统零部件故障、制冷剂故障(制冷剂加注不合、制冷剂存在水分或加注存在空气等)、管路系统(包括管路泄漏、管路堵塞)、压缩机和蒸发器、电气故障、异响等原因引起。
如果空调系统不制冷(不工作),电气方面:应检查压空调电路保险丝是否熔断,直接将电源正极连到电磁离合线路确认离合器是否有故障,用短路法检查电路中的A/C 开关、高低压开关、冷气继电器触点及温控器等是否有故障 。机械方面:检查压缩机驱动皮带是否断裂,用空调压力表检测制冷系统是否堵塞,制冷剂是否泄漏,膨胀阀感温包是否破裂,压缩机进、排气阀片是否损坏。如制冷量不足,需要通过压力表检查制冷剂数量及确认制冷剂中是否含有空气水汽等,也可能是压缩机皮带打滑、离合器磨损打滑、压缩机内部磨损、冷凝器散热差、结霜等因素导致。如果空调系统异响可能因素为:(1)制冷剂过量引起的高压管、压缩机的敲击声。(2)制冷剂不足引起蒸发器进口的“嘶嘶”声故障。(3 )空调压缩机或离合器异响,离合器结合时打滑或者由于皮带过松或磨损引起的尖叫声。压缩机的支撑断裂,紧固否松动皮带张力过紧或皮带轮轴线不平行、压缩机的轴承磨损过大引起轴的振动等。
空调维修室需准备必要的检测工具、维修工具和设备并确保工具设备正常,维修时禁止带电操作,空调故障往往是连环引起的,维修时不能只解决表面问题,还要查找深层次的原因。