6.1汽车空调制冷系统的认知（教案）-《汽车电气设备构造与维修》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目一 汽车空调制冷系统的认知 1、 教学目标 1.了解制冷系统的组成；制冷系统的工作原理；制冷剂和冷冻机油的性能特点。 2.掌握汽车制冷系统中元器件的结构、功用。 3.理解典型的元器件的工作原理。 2、 课时分配 本项目共2个任务，安排2课时。 3、 教学重点 对汽车制冷系统具体的元器件进行认知，并能识记。并分析典型元器件的具体的工作过程。掌握汽车制冷系统的工作原理，了解制冷剂和冷冻机油的性能特点，能够正确选用制冷剂和冷冻机油。 4、 教学难点 1.了解制冷剂和冷冻机油的性能特点。 2.掌握汽车制冷系统的工作原理。 5、 教学内容 任务一 制冷系统元器件的认知 知识链接 一、压缩机 汽车空调系统的压缩机安装在发动机前部，由发动机曲轴上的驱动轮经皮驱动带驱动容积式制冷压缩机往复活塞式曲轴连杆式直列连杆式 旋转。空调压缩机种类繁多，型式各异，容积型制冷压缩按其运动型式和主要零部件形状，分类如图所示 1．旋叶式压缩机 旋叶式压缩机的气缸形状有两种形状，一种是圆形，一种是椭圆形。 圆形缸叶片有2～4片，椭圆形缸叶片有4～5片。旋叶式压缩机其单位压缩机质量具有最大的冷却能力。它没有活塞，仅有一个阀，称为排气阀。排气阀实际上起一个止回阀的作用，防止在循环停止或压缩机不运行时，制冷剂蒸汽通过排气口进入压缩机。 在圆形气缸的旋叶式压缩机中，叶轮是偏心安装的，叶轮外圆紧贴气缸内表面的吸、排气孔之间。在圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合，转子上的叶片和它们之间的接触线将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积发生“扩大缩小几乎为零”的循环变化，制冷剂蒸汽在这些空间内也发生吸气压缩排气的循环。压缩后的气体通过簧片阀排出。 2．斜盘式压缩机 斜盘式压缩机也叫斜板式压缩机，是一种轴向活塞式压缩机。主要零件是主轴和斜盘。各气缸以压缩机主轴为中心布置，活塞运动方向与压缩机的主轴平行。 当主轴旋转时，斜盘也随着旋转，斜盘边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜盘转动一周，前后两个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环，相当于两个气缸作用。如果是轴向6缸压缩机，缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞，当主轴旋转一周，相当于6个气缸的作用。 二、冷凝器和蒸发器 1．冷凝器 冷凝器是一种热交换器，与发动机散热器在形状上非常相近，在汽车空调制冷系统中的作用是将来自压缩机高温高压的制冷剂气体冷却、冷凝成液体，并把热量散发到车外空气中，从而使其凝结为高压制冷剂液体。汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式、鳍片式等几种。 （1）管片式 它是汽车空调中早期采用的一种冷凝器，制造工艺简单，由铜质或铝质圆管套上散热片组成，如图所示。片与管组装后，经胀管法处理，使散热片胀紧在散热管上。这种冷凝器散热效果较差。一般用在大中型客车的制冷装置上。 （2）管带式 它是由多孔扁管弯成蛇管形，并在其中安置散热带后焊接而成，如图所示。管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些（一般高15％左右），但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高。一般用在小型汽车的制冷装置上。 （3）鳍片式 它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳍片状散热片，然后装配成冷凝器，如图所示。由于散热鳍片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外，管、片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。所以，是目前较先进的汽车空调冷凝器。 2．蒸发器 蒸发器和冷凝器一样，也是一种热交换器，是制冷循环中获得冷气的直接器件。外形近似冷凝器，但比冷凝器窄、小、厚。它的作用是将膨胀阀送来的降温、降压液体，在其大的空间内全部蒸发，同时从周围空气中吸收大量的热量，而使汽车车厢内的温度下降。它一般安装在驾驶室内仪表面板下方。 蒸发器有管片式、管带式和层叠式三种结构，如图所示。管片式结构简单、加工方便，但换热效率较差。管带式比管片式工艺复杂，效率可提高10％左右。层叠式加工难度最大，但其换热效率也最高，结构也最紧凑。 1—排管；2—散热片；3—框架 A—来自膨胀阀的制冷剂；B—气态制冷剂；C—车内热空气；D—吹出的冷风 工作原理如图所示。进入蒸发器排管内的低温、低压液态制冷剂，通过管壁吸收穿过蒸发器传热表面空气的热量，使之降温。与此同时，空气中所含的水分由于冷却而凝结在蒸发器表面，经收集排出，使空气减湿，被降温、减湿后的空气由鼓风机吹进车室内，就可使车内获得冷气。 三、储液干燥器和积累器 1．储液干燥器 储液干燥器简称储液器，其作用是： ①临时贮存液态制冷剂，根据制冷量的需要随时提供给蒸发器；②除去系统中的水分，混有少量水分的制冷剂在与金属材料接触过程中会产生强烈的腐蚀，水分还会在膨胀阀或节流管中结冰形成冰堵；③过滤制冷剂中的杂质，制冷剂对系统内壁面各部件的作用，会产生相应的杂质如锈蚀物，或者制冷剂本身所带微量杂物，也可能系统内部在制造、修理过程中带入一些污物。这些都必须过滤掉，以免堵塞系统。 1—检视玻璃孔；2—出液管；3、5—滤网；4—干燥剂 储液干燥器的结构如图所示。它主要由外壳、视液镜、安全熔塞和管接头等组成。制冷剂在储液器中的流动情况如图中箭头所示。在储液器上部出口端装有一个玻璃视液镜，用于观察制冷剂在工作时的流动状态，由此可判断制冷剂量是否合适。对直立式储液器而言，安装时，一定要垂直，倾斜度不得超过15°。在安装新的储液干燥器之前，不得过早将其进出管口的包装打开，以免湿空气侵入储液器和系统内部，使之失去除湿的作用。安装前一定要先搞清楚储液器的进、出口端，在储液器的进出口端一般都打有记号，如进口端用英文字母IN，出口端用OUT表示，或直接打上箭头以表示进、出口端。 1—气管；2—节流孔；3—滤网；4—干燥剂；5—测试口 2．积累器 积累器是节流孔管空调系统的重要部件。用节流孔管代替膨胀阀时，汽车空调制冷系统要在低压侧安装积累器，以取代储液干燥器。其结构如图所示。 四、膨胀阀 膨胀阀也称节流阀，是一种感压和感温阀，是汽车空调制冷系统中的一个主要部件。目前膨胀阀主要有H型膨胀阀、节流孔管两种结构形式。 1—感温包；2—至压缩机；3—从储液干燥器来；4—弹簧；5—调整螺栓；6—球阀；7—至蒸发器；8—从蒸发器来 1．H型膨胀阀 H型膨胀阀如图所示，因其内部通道形同H形而得名。它取消了外平衡膨胀阀的外平衡管和感温包，直接与蒸发器进出口相连。它有四个接口通往空调系统，其中两个接口和普通膨胀阀一样，一个接干燥过滤器出口，一个接蒸发器入口。另外两个接口，一个接蒸发器出口，一个接压缩机进口。感温元件处在进入压缩机的制冷剂气流中。H形膨胀阀无感温包，它的温度信号用更为直接的方法获取，从蒸发器出来的制冷剂气体进入膨胀阀，阀内驱动阀门开度的顶杆充当感温元件，提高了灵敏度。又因为没有感温包、连接细管和外平衡接管，使阀门抗振性提高，非常适用于汽车空调系统。 2．节流孔管 节流孔管是用于许多轿车制冷系统的一种固定孔口的节流装置。有人称它为孔管、固定孔管。节流孔管直接安装在冷凝器出口和蒸发器进口之间，用于将液态制冷剂节流降压。由于不能调节流量，液体制冷剂很可能流出蒸发器而进入压缩机，造成压缩机液击。所以装有节流孔管的系统，必须同时在蒸发器出口和压缩机进口之间，安装一个积累器，实行气液分离，避免压缩机发生液击。 五、风机 汽车空调制冷系统采用的风机按气体流向与风机主轴的相互关系，可分为离心式风机和轴流式风机两种。 1．离心式风机 离心式风机的空气流向与风机主轴成直角，它的特点是风压高、风量小、噪音也小。蒸发器采用这种风机，因为风压高可将冷空气吹到车室内每个乘员身上，使乘员有冷风感；噪音小使乘员不致于感到不适而过早疲劳。 离心式风机主要由电机、风机轴（与电机同轴）、风机叶片、风机壳体等组成，如图所示。风机叶片有直叶片、前弯片、后弯片等形状，随叶轮叶片形状不同，所产生的风量和风压也不同。 1—风机叶片；2—风机壳体；3—风机轴；4—电机 1—风机叶片；2—风机壳体；3—风机轴；4—电机 2．轴流式风机 轴流式风机的空气流向与风机主轴平行，它的特点是风量大、风压小、耗电省、噪音大。冷凝器采用这种风机，因为风量大可将冷凝器四周的热空气全部吹走；风压小不影响冷凝器正常工作；另外，冷凝器安装在车室外面，风机噪音大也不影响到车内。 轴流式风机主要由电机、风机轴、风机叶片、键等组成，如图所示。叶片固定在骨架上，叶片常做成3、4、5片不等，叶片骨架穿在电机轴上，由键带动旋转。 六、汽车空调系统功用及组成 1．汽车空调系统的功用 ①调节车内温度： 汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车内温度，夏季利用制冷装置对车内降温。 ②调节车内湿度： 利用制冷装置冷却降温去除空气中的水分，再由采暖装置升温以降低空气的相对湿度。 ③调节车内的空气流速： 夏季空气流速稍大有利于人体散热降温，冬季气流速度过大影响人体保温，因此夏季舒适风速一般为0.25m/s，冬季的舒适风速一般为0.20m/s。 ④过滤净化车内空气： 由于车内空间小，乘员密度大，车内极易出现缺氧，而车外道路上的粉尘等又容易进入车内造成空气污浊，影响乘员的身体健康，因此要求空调必须具有补充车外新鲜空气、过滤和净化车内空气的功能。 组成与制冷部件的安装位置 1—“D”管；2—消声器；3—“S”管；4—蒸发器；5—进风罩；6—控制面板；7—暖风水箱；8—“L”管；9—压缩机；10—储液干燥器；11—“C”管；12—冷凝器 2．汽车空调系统的组成 汽车空调系统是由制冷系统、采暖系统、通风系统、空气净化系统和控制系统等五个子系统组成。各型汽车空调系统的组成大同小异，图所示为桑塔纳2000Gsi型轿车暖风与空调系统的组成与零部件的安装位置。 ①制冷系统： 把车内空气或吸进来的新鲜空气冷却或除湿，使车内空气变得凉爽舒适。 ②采暖系统： 主要用于取暖，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖、除霜的目的。 ③通风系统： 把车外新鲜空气吸进车内进行换气。同时，通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。 ④空气净化系统： 净化空气，除去车内存在的灰尘和气味，使车内空气变得清新。 ⑤控制系统： 对制冷和暖风装置进行控制，使空调正常工作。 七、汽车空调系统的分类 1．按驱动方式分类 按驱动方式可分为独立式汽车空调系统和非独立式汽车空调系统两种。 ①独立式汽车空调系统。空调制冷压缩机由专用的空调发动机（也称副发动机）驱动，故汽车空调系统的制冷性能不受汽车主动发动机工况的影响，工作稳定，制冷量大，但由于加装了一台发动机，不仅增加了成本，而且体积和重量也增加了。这种类型的汽车空调系统多用于大、中型客车上。 ②非独立式汽车空调系统。空调制冷压缩机由汽车本身的发动机驱动，汽车空调系统的制冷性能受汽车发动机工况的影响较大，工作稳定性较差。尤其是低速时制冷量不足，而在高速时制冷量过剩，并且消耗功率较大，影响发动机动力性。这种类型的汽车空调系统一般多用于制冷量相对较小的中、小型汽车上。 2．按功能分类 按功能可分为单一功能和组合式两种。 ①单一功能是指冷风、暖风各自独立，自成系统，一般用于大、中型客车上。 ②组合式是指冷、暖风合用一个鼓风机、一套操纵机构。这种结构又分为冷、暖风分别工作和冷、暖风可同时工作两种方式，多用于轿车上。 任务二 制冷系统工作原理的认知 知识链接 一、制冷基本原理 1．物质状态变化与温度的关系 物质有三种状态，即固态、液态和气态。液体经加热就会变成气体；相反，气体被冷却就会变成液体，物质的状态变化会引起周围吸热或放热。冷气系统就是利用制冷剂在装于车内的蒸发器中由液态转化为气态时，从车内吸收热量，使其温度降低；在装于发动机冷却系散热器前面的冷凝器中由气态转化为液态，将热量释放到车外空气中而工作的。 2．物质状态变化与压力的关系 气态下的物质在温度一定的情况下，增加压力就可变为液态，而液态下的物质在温度一定的情况时，压力减小了也可变为气态。例如R12（氟利昂），气态时加压　1．5MPa，就会变成液态（放热）；液态时只要降压到1MPa以下，就会变成气态（吸热）。可见，只要控制物质的压力，也可控制物质状态的改变，从而又可从周围吸热或向周围放热。 二、制冷剂与冷冻机油 1．制冷剂 制冷剂种类很多，主要性质如表所示。 汽车空调系统中，目前最广泛使用的制冷剂是R134a。制冷剂R134a有如下特点： ①蒸发潜热比R12高，在相同条件下，具有较大的制冷能力。 ②导热系数高，传热性比R12好，故可采用小体积的热交换器。 ③当温度在17℃以上时，R134a的饱和压力比R12高；温度低于17℃时，R134a的饱和压力比R12低，故压缩比会增大。 ④使用R134a作制冷剂，压缩机要提高转速；润滑油要改用与R134a相适应的聚烯基乙二醇（PAG）；系统中的密封件，需用氢化丁腈橡胶（RNBR）密封件；R134a分子易穿透橡胶管，为此，要使用内壁有尼龙层、中间为氢化丁腈橡胶的软管。 2．冷冻机油 （1）冷冻机油的作用 冷冻机油是制冷压缩机的专用润滑油，它保证压缩机正常运转，可靠工作和延长使用寿命。在空调制冷系统中的作用如下： ①润滑作用。 ②密封作用。 ③冷却作用。 ④降低压缩机噪声。 （2）冷冻机油的性能要求 ①凝点低，具有良好的低温流动性。 ②粘度受温度的影响要小。 ③与制冷剂的溶解性能要好。 ④要有较高的热稳定性。 ⑤化学性质要稳定。 根据上述原则，适用于R134a的润滑油只有两大类： 聚烃基乙二醇（PAG）和聚酯油（ESTER）。其性能指标见表所示。 3．汽车制冷系统的工作原理 压缩机等各部件之间采用铜管（或铝管）和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷剂以不同的状态在这个密闭系统内循环流动，每一循环有四个基本过程。。 （1）压缩过程 压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。此过程的主要作用是压缩增压，以便气体易于液化。压缩过程中，制冷剂状态不发生变化，而温度、压力不断升高，形成过热气体。 （2）放热过程 冷凝器将高温高压气态过热制冷剂的大部分热量，通过风扇向室外散发变为液态，然后流入储液干燥器。 （3）节流过程 高压高温制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置。该过程的作用是使制冷剂降温降压，由高温高压液体，迅速地变成低温低压液体，以利于吸热、控制制冷能力以及维持制冷系统正常运行。 （4）吸热过程 雾状制冷剂液体进入蒸发器，低压制冷剂液体沸腾汽化变为气体。在汽化过程中吸收周围大量热量，达到制冷目的。低温低压气态制冷剂又被压缩机吸走，开始下一个循环。 6、 课后作业 完成每个任务的目标检测。 学科网（北京）股份有限公司 $$