任务三 汽车空调系统电路及控制原理认知
一、任务目标
通过对本任务的学习，应能：
1 能够准确分析卡罗拉手动空调系统电路。
2 能够识别空调系统各电控元件。
3 能够叙述空调电路系统的工作原理。
二、知识准备
汽车空调种类繁多，电路形式各不相同，但其电气系统大同小异。
1．汽车空调控制系统的组成
汽车空调控制系统包括传感器及开关信号、空调放大器和执行元件三部分。主要控制内容包括压缩机电磁离合器控制、蒸发器温度控制、压力控制、冷却风扇控制、鼓风机控制、其他保护控制等，如图1-15所示。
图1-15 卡罗拉轿车手动空调控制系统的组成
2．空调电气系统的控制原理
（1）压缩机电磁离合器控制
在非独立式汽车空调制冷系统中，压缩机是由汽车发动机驱动的。为了使空调系统的开、关不影响发动机的工作，压缩机的主轴不与发动机曲轴直接相连，而是通过电磁离合器把动力传递给压缩机的。电磁离合器是发动机和压缩机之间的一个动力传递机构，受空调开关、温控器、空调放大器、压力开关等控制，在需要时接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。另外，当压缩机过载时，它还能起到一定的保护作用。因此，通过控制电磁离合器的结合与分离，就可接通与断开压缩机。
图1-16 空调电磁离合器
汽车空调电磁离合器一般都是由带轮总成、线圈总成和驱动盘总成组成，如图1-16所示。其中带轮装在轴承上，驱动盘和压缩机主轴用花键连接，电磁线圈装在压缩机壳体上。
当接通空调开关使空调制冷系统进入工作状态时，电磁离合器的电磁线圈通电产生电磁吸力，将驱动盘吸向带轮，使两者接合在一起，发动机的动力便通过带轮传递到压力板，带动压缩机运转，如图1-17a所示。
当空调制冷系统停止工作时，电磁离合器线圈断电，电磁吸力消失，带轮空转，压缩机停止转动，如图1-17b所示。
图1-17 卡罗拉轿车电磁离合器
1—前端壳体 2—定子 3—传动带 4—带轮 5—电磁铁励磁线圈 6—驱动盘 7—压缩机轴
（2）蒸发器温度控制
蒸发器温度控制是空调电气控制系统的基本任务。当汽车空调系统工作时，蒸发器表面温度逐渐降低，空气中的水分被析出，直至结冰，若蒸发器中的制冷不加控制，则蒸发器表面会逐渐全部结成冰块，以致蒸发器无法工作（风不能通过，无法进行热交换）。为控制蒸发器表面不结冰，系统的制冷效率又要达到最高水平，卡罗拉轿车采用变排量压缩机，即当蒸发器温度降低时压缩机排量随之降低，此时蒸发箱内的温度就会升高而避免蒸发器表面结霜。
（3）制冷管路压力控制
在一些老款车型上通常装有各种形式的压力开关，用来感测空调制冷管路的工作压力，一旦压力异常的高或低，压力开关就会打开或闭合，这时空调系统会自动切断压缩机电路或控制冷却风扇以加强散热效果。卡罗拉轿车采用压力传感器来实时检测系统压力，当高压侧制冷剂压力过低（0.19MPa或更低）或过高（3.14MPa或更高）时，压力传感器将制冷剂压力信号输出至空调放大器。空调放大器根据传感器特性将该信号转换为压力，以控制压缩机。
（4）环境温度控制
环境温度传感器安装在冷凝器前部，该传感器检测车外环境空气温度并将信号传至汽车仪表系统，仪表系统通过CAN通信系统将相应的信号发送至空调放大器。在环境温度低于某一规定值时，空调放大器切断压缩机电磁离合器电路，使空调制冷系统不能工作。当环境温度高于此值时，制冷系统才能进入工作状态。
（5）冷却风扇控制
空调制冷系统的冷凝器与发动机散热器共用冷却风扇，冷却风扇的控制根据冷却液温度信号和空调压力开关组合控制。不开空调时，根据冷却液温度控制风扇的转速：当冷却液温度较低时，风扇不转；当冷却液温度升高到一定数值时，风扇以低速运转；当温度进一步升高到一定数值时，风扇高速运转。开启空调时，不管冷却液温度高低，风扇都运转，当系统压力正常时，风扇低速运转；当系统压力高于一定数值，风扇高速运转。
（6）鼓风机转速控制
鼓风机转速的调节主要是通过改变串联在鼓风机电路中的外电阻来实现的。操作加热器控制器（鼓风机开关）时，HTR继电器将工作以允许电流流向鼓风机电动机，然后电动机将开始转动。操作加热器控制器（鼓风机开关）切换鼓风机电阻器和车身搭铁之间的电压，以此来改变鼓风机电动机的转速。
三、任务实施
1．实施方案
（1）质量要求
参照厂家的质量标准要求。
（2）组织方式
每四位同学一组，能对照实车整体描述空调系统的电路控制原理，找到实训工作页上指定的元件并描述其电路原理，按照规范的操作流程进行作业。每组作业时间为20min。
（3）作业准备
1）技术要求与标准：
①作业时，维修人员应配备必要的安全防护设施，如防护手套和防护眼镜等，避免接触或吸入制冷剂和冷冻机油的蒸气及气雾。
②养成工具、零部件、油液“三不落地”的职业习惯，工具及拆下的零部件等都应整齐地放置在工具车及零件盘中。
2）设备器材如图1-7和图1-18所示。
3）场地设施：具有消防设施的场地。
4）设备设施：丰田卡罗拉轿车一辆，汽车空调实训台架一台，工具车，零件车。
5）耗材：干净抹布。
2．操作步骤
（1）认识环境温度传感器
1）在车上找到环境温度传感器，如图1-19所示。
图1-18 万用表
图1-19 环境温度传感器的位置
2）拔下环境温度传感器插头，如图1-20所示。
3）认识环境温度传感器线路及自身元件，如图1-21所示。
图1-20 环境温度传感器
图1-21 环境温度传感器线路及元件
（2）认识蒸发器温度传感器
1）拆下仪表台相关附件，如图1-22所示。
图1-22 拆下仪表台相关附件
2）在蒸发箱中找到蒸发器总成，如图1-23所示。
图1-23 蒸发器总成
3）蒸发器温度传感器是插入蒸发器内部的一个热敏电阻，如图1-24所示。
4）拔下蒸发器温度传感器线束插头，认识环境温度传感器线路及自身元件，如图1-25所示。
（3）认识制冷剂压力传感器
1）在车上找到制冷剂压力传感器，如图1-26所示。
2）拔下制冷剂压力传感器插头，认识制冷剂压力传感器线路及自身元件，如图1-27所示。
（4）认识压缩机电磁离合器
1）在车上找到压缩机电磁离合器，如图1-28所示。
2）拔下压缩机电磁离合器插头，认识压缩机电磁离合器线路及自身元件，如图1-29所示。
图1-24 蒸发器温度传感器位置
图1-25 蒸发器温度传感器线路及元件
图1-26 制冷剂压力传感器位置
图1-27 制冷剂压力传感器插头
图1-28 压缩机电磁离合器位置
图1-29 压缩机电磁离合器插头
（5）认识鼓风机电路
1）拆下仪表台相关附件，如图1-30所示。
2）在蒸发箱内找到鼓风机，如图1-31所示。
图1-30 拆下仪表台相关附件
图1-31 鼓风机的位置
3）拔下鼓风机线束插头，认识鼓风机线路及自身元件，如图1-32所示。
（6）认识冷却风扇电路
1）在车上找到冷却风扇电动机，如图1-33所示。
图1-32 鼓风机元件
图1-33 冷却风扇电动机的位置
2）拔下冷却风扇电动机线束插头，认识冷却风扇线路及自身元件，如图1-34所示。
图1-34 冷却风扇电动机线路及元件
四、任务小结
1．汽车空调控制系统的组成
汽车空调控制系统包括传感器及开关信号、空调放大器和执行元件。主要控制内容包括压缩机电磁离合器控制、蒸发器温度控制、压力控制、冷却风扇控制、鼓风机控制、其他保护控制等。
2．空调电气系统的控制原理
（1）压缩机电磁离合器的控制
电磁离合器是发动机和压缩机之间的一个动力传递机构，受空调开关、温控器、空调放大器、压力开关等控制，在需要时接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。
（2）蒸发器温度控制
为控制蒸发器表面不结冰，系统的制冷效率又要达到最高水平，一些车型采用变排量压缩机，即当蒸发器温度降低时压缩机排量随之降低，此时蒸发箱内的温度就会升高而避免蒸发器表面结冰。
（3）制冷管路压力控制
汽车上通常装有各种形式的压力开关，用来感测空调制冷管路的工作压力，一旦压力异常的高或低，压力开关就会打开或闭合，这时空调系统会自动切断压缩机电路或控制冷却风扇以加强散热效果。
（4）环境温度控制
在环境温度低于某一规定值时，空调放大器切断压缩机电磁离合器电路，使空调制冷系统不能工作。当环境温度高于此值时，制冷系统才能进入工作状态。
（5）冷却风扇控制
空调制冷系统的冷凝器与发动机散热器共用风扇，冷却风扇的控制根据冷却液温度信号和空调压力开关组合控制。
（6）鼓风机转速控制
鼓风机转速的调节主要是通过改变串联在鼓风机电路中的外电阻来实现的。
课堂练习
1）汽车空调使用的蒸发器温度传感器一般安装在（ ）。
A.前保险杠内或散热器
B.蒸发器表面
C.仪表台上面（靠近风窗玻璃的底部）
D.暖风装置里面
2）汽车空调系统中（ ）是发动机和压缩机之间的一个动力传递机构。
A.鼓风机
B.电磁离合器
C.温控器
D.冷凝器风扇
3）鼓风机转速的调节主要是通过改变串联在鼓风机电路中的（ ）来实现的。
A.电容
B.二极管
C.电阻
D.晶体管
4）过热限制器的作用为（ ）。
A.保护冷凝器免受损坏
B.保护压缩机免受损坏
C.保护蒸发器免受损坏
D.保护节流器免受损坏
5）汽车空调的压力传感器一般安装在（ ）。
A.高、低压管道上
B.低压管道上
C.高压管道上
D.以上都不是
学习拓展
卡罗拉自动空调控制原理
丰田卡罗拉轿车采用的自动空调系统由相关传感器、空调ECU及各种执行器等组成。系统根据车外温度传感器、车内温度传感器、日照传感器、蒸发器温度传感器等信号，依据驾驶人所设定的车内温度，自动对车内温度、鼓风机转速、进气、空气流动方式和空调压缩机进行控制，使车内温度保持在设定范围。
（1）车内温度控制
用空调控制面板上的“TEMP”键设定想要的温度，根据输入信号（车内温度传感器、车外温度传感器、冷却液温度传感器、蒸发器温度传感器和日照传感器）和温度设定信号，空调ECU控制空气流动和空气混合伺服电动机的输出信号，来保持车内温度在设定温度。
当空气混合伺服电动机接到从空调ECU来的信号时，开启或关闭空气混合风门，从而改变气流的温度。当车内温度低于设定温度值时，空气混合风门打到冷的一侧；当车内温度高于设定温度值时，空气混合风门打到热的一侧；当车内温度达到设定温度值时，空气混合风门位置传感器将信号送到空调ECU，空调ECU停止该伺服电动机的动作。
空气流速的控制主要由鼓风机转速控制。当空调控制面板上的“AUTO”开关接通时，用“TEMP”键设定想要的温度，根据输入信号（车内温度传感器、车外温度传感器和日照传感器）和温度设定信号，空调ECU控制功率管的输出信号来控制鼓风机的转速。当车内温度高于设定温度时，鼓风机提高转速，反之，降低转速；当车外温度升高时，鼓风机转速相应提高，反之，相应降低转速；当大阳照射强度增强时，调高鼓风机转速，反之，相应降低转速。当功率管接到从空调ECU来的信号时，提高或降低鼓风机电动机的转速从而控制空气流量。
（2）空调压缩机的控制
空调压缩机是否工作由车外温度传感器、蒸发器温度传感器、制冷剂压力传感器、空调压缩锁止传感器等控制。将“AUTO”开关接通，空调ECU自动接通空调压缩机电磁离合器，空调压缩机工作。空调ECU根据车外温度或蒸发器温度与设定温度比较，反复接通或切断空调压缩机电路。当蒸发器表面温度低于3℃、室外温度低于10℃、高压压力高于高压限定值或低于低压限定值时，空调ECU关闭空调压缩机。