课程设计汽车自动空调.doc
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1、序 言随着世界科学技术的迅猛发展,人们对汽车的舒适性、安全性、可靠性的要求不断提高,空调系统已成为现代汽车的标准装置。同时,随着现代汽车技术大量融进电子技术,计算机技术和控制技术。空调系统的结构越来越复杂,控制部分的电子化程度也越来越高,许多高级进口汽车已采用微型计算机控制的自动空调。此外,为适应环保要求,新型的R134a制冷剂正在逐渐取代R12制冷剂。汽车空调给人以清爽、舒适的感觉,但在使用过程中也不可避免的出现一些故障,有了故障当然也需要维修了,但是空调什么故障让车主烦恼的,其实有很多,比如空调启动困难或不能启动、制冷不足、间隙性制冷、完全不制冷、压缩机不工作等等故障,但是我个人认为:空调
2、不制冷时是最能让人头痛与烦恼,本论文就浅谈上海帕萨特B5型轿车自动空调常规故障原因,并加以分析诊断,最后故障排除及做出总结。第1章 汽车自动空调概述1.1自动空调的概念汽车自动空调是自行控制,它能根据车厢内外的各种传感器(车室内温度、车室外温度、日照强度、蒸发器出口温度、发动机冷却液温度等)的输出信号,由电子控制系统中的控制中枢进行运算,计算出所需要的送风温度,然后把信息传递给执行机构,对风门、热水阀、电磁离合器、鼓风机等进行自动控制,按照乘员的要求使车厢内的温度保持恒定。1.2自动空调系统的组成汽车自动空调系统由制冷系统,取暖系统、通风(配气)系统、自动控制系统、空气净化系统五部分组成。1.
3、制冷系统制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等元件组成。制冷方式采用蒸气压缩式,利用制冷剂蒸发时吸收的热量来实现车内温度的降低。作为冷源的蒸发器,其温度低于空气的露点温度(空气中的水蒸气变为露珠时候的温度),因此,制冷系统还具有除湿和空气净化作用,使车内空气变得凉爽。2.取暖系统取暖系统多采用冷却液加热式,将发动机出水口的冷却液通入暖风水箱,用鼓风机将水箱周围的热空气吹入车内。暖风还可以对前挡风玻璃进行除霜和除雾。3.通风系统 通风系统是能吸入新鲜空气,将冷风、暖风、新鲜空气进行混合,并把混合气分配到车厢不同位置的装置。主要有送风道、风门等部件。目前采用最多的通风系统是全空调方式,即把车外
4、空气和车内空气经风门调节后,通过蒸发器冷却除湿,部分进入加热器,出来的冷、暖风再混合,然后按照要求送入车内。4.自动控制系统 自动控制系统一方面对制冷和加热的温度进行控制,另一方面,对车内空气的温度、风量和流向进行测量控制。由传感器、控制中枢、执行器三部分组成,如图1-1所示。图1-1 自动控制系统5.空气净化系统 一般由空气过滤器、电子集尘器、阴离子发生器等组成,对流入车内的空气过滤、净化,不断排出车内的污浊气体。在普通轿车中空气净化的任务由蒸发器完成。1.3自动空调系统的控制原理微机自动空调的控制原理微机的控制是根据温度平衡方程式进行的。驾驶员输入设定的调温键电阻为 K,车室内空气温度电阻
5、为 A,车室外空气温度的电阻为 B,吹出口空气温度电阻 为 C,日照强度修正量的温度电阻为 D,则其温度平衡方程式为: K=A+B+C+D 电脑根据这个方程进行控制、比较、判断后发出各类指令,让执行机构实施如下动作: 1.送风量的控制 电脑根据车内温度与设定温度之间的偏差,对送风量进行连续、 无级的调节。例如,冬季车外温度低,当加热器不能充分供暖时,自动控制机构中断送风;当加热器加热空气,车内温度上升后,又开始送风。 2.车外新鲜空气与车内循环空气的自动切换控制 例如在炎热的夏季,车外温度较高,为迅速降低车内温度可暂时关闭车外新鲜空气通道。当车内温度下降到一定值时,自动控制机构使车外新鲜空气与
6、车内循环空气按一定比例混合输入。当需要除霜时,一般引入车外新鲜空气加热,由除霜风口送出。 3.压缩机和加热器工作的控制 例如室外温度降低到10以下时,电脑自动切断压缩机工作,引进外界空气到车内进行温度调节。当夏季室外温度高于30时,电脑会关闭热水阀,让风机高速运行,增加送风量。当室外温度高35时,便会切断车外空气,定期更换车内空气。 4.空气混合风门控制 对于使用容积可调式压缩机制冷系统,当压缩机节能输出会引起蒸发器温度上升时,电脑会自动控制调节空气混合风门的位置,保持输出空气温度不变。第2章 帕萨特自动空调系统结构组成及工作原理2.1制冷系统的基本部件汽车自动空调系统是由压缩机、电磁离合器、
7、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、散热风扇、鼓风机、空调控制面板、空调控制器J255(Climatronic)、热敏电阻(温度传感器)、双压开关、发动机冷却液温度开关、管路、铜管或铝管和高压橡胶管等连接而成的一个密闭系统。1. 压缩机制冷压缩机是汽车空调制冷系统的心脏,其作用是维持制冷剂在制冷系统中的循环,吸入来自蒸发器的低温、低压制冷剂蒸气,压缩制冷剂蒸气使其压力和温度升高,并将制冷剂蒸气送往冷凝器。帕萨特B5自动空调系统所使用的是变容量翘板式压缩机,其结构如图2-1所示。图 2-1 变容量翘板式压缩机结构示意图1-主轴 2-轴封器 3-斜盘 4-翘盘 5-活塞盖7-控制阀 8-缸体 9-
8、前盖 10-离合器变容量翘板式压缩机是对原翘板式压缩机的改进。改进后的变容量压缩机斜盘与主轴间增加了一个可在主轴上滑动的轴套,主轴上装有驱动斜盘运动的驱动杆。斜盘与驱动杆通过两个同心短销轴相联接,驱动杆上开有腰形槽,斜盘与驱动杆通过长销轴 构成活动联接。斜盘倾角的改变可以改变活塞的行程,从而实现压缩机随主轴旋转一周的每转排量。研究表明:压缩机排量是由压缩机转速 n、压缩机吸气排气压力 Ps、Pd 及压缩机腔内压力 Pc 共同决定的。当转速增加时,斜盘所受的离心力增加,倾角将减小,使压缩机每转排量减小;排气、吸气压力增加,使气缸内气体压力增加,斜盘倾角增加,压缩机每转排量增加;腔内压力增加,斜盘
9、倾角减小,压缩机每转排量减小。这样当主轴回转运动时,斜盘在外力驱动下,既可回转运动又可摆动角度来改变活塞行程,实现排量变化。为了保证斜盘推动翘盘运行平稳,翘盘上装有导向瓦和导向球,通过导向瓦的万向运动,达到排量变化时翘盘进行综合运动的目的。导向球在导向杆上滑动,使翘盘能平稳地作摇摆往复运动,起到导向作用。变容量翘板式压缩机是通过安装于后盖上的拉制阀实现温度自动控制的。控制阀则通过波纹管来感知吸气压力的变化。这种内部抽真空的波纹管能够补偿不同海拔高度大气压力变化,压缩机控制阀不断调节吸气压力与箱压力的差值,通过改变斜盘角度而改变活塞行程,实现排量变化。通过安装在压缩机内部的控制阀的动作,可以调节
10、轴箱内压力的大小,从而达到控制排量的目的。2.冷凝器汽车空调制冷系统中的冷凝器式一种由管子与散热片组合起来的热交换器,通常安装于汽车散热器前部。其作用是:将压缩机排出的高温、高压的制冷剂蒸气进行冷却,使其凝结成为高压制冷剂液体。汽车空调系统冷凝器均采用风冷式结构。上海帕萨特B5、奥迪 A6、宝莱、本田、别克、赛欧、等车空调均采用平行流动式冷凝器,如图2-2所示。图2-2 冷凝器结构图其冷凝原理是:让外界空气强制通过冷凝器的散热片,将高温的制冷剂蒸气的热量带走,使之成为液态制冷剂。制冷剂蒸气所放出的热量,被周围空气带走,排到大气中。3.储液干燥器储液干燥器简称储液器,如图2-3所示。其安装在冷凝
11、器和膨胀阀之间采用它的目的是为了防止过多的液态制冷剂贮存在冷凝器里,使冷凝器的传热面积减少而使散热效率降低,还可滤除制冷剂中的杂质,吸收制冷剂中的水分,防止制冷系统管路脏堵和冰塞,保护设备部件不受侵蚀,从而保证制冷系统的正常工作。工作原理:它用于以膨胀阀为节流装置的系统中,安装在冷凝器和膨胀阀之间,当含有蒸气的液态制冷剂进入储液器后,使液态和气态的制冷剂分离。液态制冷剂通过膨胀阀进入蒸发箱,多余制冷剂可暂时储存在储液罐中。在制冷负荷变动时,及时补充和调整供给热力膨胀阀的液态制冷剂量,以保证制冷剂流动的连续和稳定性。同时,由于水分与制冷剂结合会生成酸或结冰,因此储液器中的干燥剂可用来吸收制冷剂中
12、的水分,防止机件腐蚀或冰块堵塞膨胀阀。滤网用于过滤制冷剂中的杂质,防止膨胀阀堵塞。图2-3 储液干燥器结构示意图1-干燥器体 2-干燥器盖3-视液玻璃镜 4-易熔螺塞5-过滤器 6-干燥器7-引出管储液干燥器出口端旁边装有一只安全熔塞,也称易熔螺塞,是制冷系统的一 种安全保护装置。其中心有轴向通孔,孔内装有焊锡之类的易熔材料,这些易熔材料的熔点一般为 8595。当冷凝器因通风不良或冷气负荷过大而冷却不够时,冷凝器和储液干燥器内的制冷剂温度升高,当压力达到 3MPa 左右、温度超 过易熔材料的熔点时,安全熔塞中心孔内的易熔材料便会熔化,使制冷剂通过安全熔塞的中心孔逸出散发到大气中去,从而可避免系
13、统的其他部件因压力过高而被胀坏的危险。对直立式储液干燥器而言,安装时一定要垂直,倾斜度不得超过15度。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干燥器和系统内部,使之失去除湿的作用。安装前一定要先弄清储液干燥器的进、出口端,在初夜按早起的进出口端一般都打有记号,如进口段用IN、出口端用OUT表示,或直接打上箭头以表示进、出口端。如果进、出口相互接反,会导致制冷剂两不足。4.H型膨胀阀H型膨胀阀因其内部通道形同H形而得名,如图2-4所示。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
14、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型膨胀阀具有结构紧凑、使用可靠、维修简单等优点,符合汽车空调的要求。 图2-4 H型膨胀阀1-感温器 2-至压缩机 3-从储液干燥器来 4-调节弹簧 5-弹簧座 6-球阀 7-通向蒸发器 8-蒸发器出口 9-通向压缩机这种膨胀阀安装在蒸发器的进出管之间,感应温度不受环境影响,也无需通过毛细管而造成时间滞后,调节灵敏度较高。由于无感温包、毛细管和外平衡管,不会因汽车颠簸使充注系统断裂外漏以及感温包包扎松动而影响膨胀阀的正常工作。5.蒸发器蒸发器和冷凝器一样,也是一种热交换器
15、,也称冷却器,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。它的作用是让低温、低压液态制冷剂在其管道中吸热并蒸发,使蒸发器和周围空气的温度降低,从而在鼓风机的风力通过它时,能输出更多的冷气。工作原理: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。6.散热风扇(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
16、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2-5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。7.鼓风机(离心式风机)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2-6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。图2-6 离心式风机结构示意图 图2-5 轴流式风机结构示意图1-风机叶片 2-风机壳体 1-风扇叶片 2-键3-风机轴 4-电动机 3-电动机 4-风机
17、轴8.电磁离合器在非独立式汽车空调制冷系统中,压缩机是由汽车主发动机驱动的。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。当空调开关接通时,电流通过电磁离合器的电磁线圈,电磁线圈产生电磁吸力,使压缩机的压力板与皮带轮结合,将发动机的扭矩传递给压缩机主轴,使压缩机主轴旋转。当断开空调开关时,电磁线圈的吸力消失。在弹簧作用下,压力板和皮带轮脱离,压缩机便停止工作,如图2-7所示。图2-7 电磁离合器1-皮带轮 2-轴承 3-压缩机轴4-线圈 5-压力板 6-弹簧片 7-驱动盘2.2电控系统
18、传感器及开关空调温度传感器及开关用于向空调控制器提供车内外空气温度状态、空调系统的温度与压力、驾驶员对空调的使用要求等信息,以使空调控制器进行最佳的车内空气环境控制。1. 阳光辐射传感器G107安装于仪表板上方挡风玻璃下方。它直接感受太阳光的辐射强度,根据强度的不同来调节风门开度和制冷量。此传感器是由一盖板,过滤器,光学元件,光学二极管和一壳体组成,如图2-8所示。 太阳光通过过滤器和光学元件照射在光学二极管上,过滤器用于保护光学元件免受紫外线的照射。光学二极管是一光敏半导体元件。在没有光线射入时只有很小的电流通过二极管;在光线作用下电流升高,光的强度越强,电流越大。这样,空调的控制器就可以通
19、过流经二极管电流的大小来判断太阳辐射的强弱,从而调节温服风门的开度和鼓风机的风量来达到所需的车内温度。在该传感器失灵时,空调控制器按一预先假定的固定值工作。图2-8 阳光辐射传感器G1072. 仪表板温度传感器G56安装于空调控制器中。此温度传感器将真实的车内温度传递给空调控制器,它安放在鼓风机抽吸得气流中,鼓风机抽吸车内空气,以便传感器感受真实的车内温度。此温度传感器的信号用于与额定值比较,从而控制温度风门和鼓风机向额定值方向做出相应的调节。在该信号失灵时,以假定值24作为代替值,系统继续工作。3.环境温度传感器G17安装于汽车前端冷凝器总成的前方下部,如图2-9所示。该温度传感器感受的是知
20、识的外界温度,空调控制器依据该温度信号控制温度风门和鼓风机。在该温度传感器失灵时,采用在新鲜空气进口处的第二个温度传感器G89的信号,当第2温度传感器也失灵时,则系统以假定的外界温度10为依据继续工作,但此时系统不能在内循环状态下工作。图2-9 环境温度传感器G174.空气进气温度传感器G89安装于空调器总成的新鲜空气进口处,如图2-10所示。该温度传感器是外界温度的第2个测点,它也是感受真实的外界温度,空调控制器依据该温度信号控制温度风门和鼓风机。在该温度传感器失灵时,采用在汽车前端冷凝器总成前方下部的第1个温度传感器G17的信号,当2个温度传感器都失灵时,则系统以假定的外界温度10为依据继
21、续工作,但此时系统不能在内循环状态下工作。在2个温度传感器均正常时,系统以2个温度信号中得较低的一个为依据进行工作。图2-10 空气进气温度传感器G895.中部出口温度传感器G191其功能:控制中央的空气分配和新鲜空气鼓风机的驱动功率(根据出风的温度)。6.脚部出风口出风温度传感器G192安装于空调器总成的吹脚风道中,如图2-11所示。此温度传感器测量的是从空调器中吹出空气度,该温度通过一与温度称反比的电阻来反映,温度降低,电阻增大。此温度传感器的信号在控制器中被做出判断,以此来控制除霜和吹脚的空气分配以及鼓风机的送风量。在该信号失灵时,控制器以假定值80作为代替值来计算,系统继续工作。图2-
22、11 脚部出风口温度传感器G1927. 组合压力开关F129高压保护:当系统压力表大于32bar时,通过控制器切断空调压缩机的电磁离合器,当压力降低到24bar时,压缩机重新接通。低压保护:当系统压力表小于2bar时,通过控制器切断空调压缩机的电磁离合器,当压力升到2.4bar时,压缩机重新接通。高压调整:当系统压力大于16bar时,冷却风扇开始在2档工作,以此来加强冷凝器的换热能力和水箱的换热能力。在压力降低到12.5bar时,风扇又回到1档工作。8.空调操纵开关在空调显示面板设有多个空调操纵开关,由驾驶员手动操纵,用于开、关空调和选择空调的工作方式等,如图2-12所示。图2-12帕萨特B5
23、自动空调操纵与显示单元E87的功能1-风窗除霜器的按键 2-鼓风机档位显示器 3-外界温度显示 4-风窗除霜的显示 5-空气循环的显示 6-气流方向的显示 7-所选择的车厢温度的显示 8-运行状态显示 9-自动运行模式按键 10-仪表板温度传感器G56和温度传感器的鼓风机V42(右置转向盘汽车的安装位置) 11-“ECON”的按键 12-“升温”按键 13-“降温”按键 14-“气流脚部空间”键 15-“气流向上升”键 16-鼓风机提高转速键 17-鼓风机降低转速键 18-空气循环键 19-仪表板温度传感器G56和温度传感器的鼓风机V42(左置转向盘汽车的安装位置)2.3 电控系统控制单元控制
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