《汽車電氣設備構造與維修》配套教案：模塊六-項目1-汽車空調制冷系統(tǒng)的認知

項目一汽車空調制冷系統(tǒng)的認知教學目標1.了解制冷系統(tǒng)的組成；制冷系統(tǒng)的工作原理；制冷劑和冷凍機油的性能特點。2.掌握汽車制冷系統(tǒng)中元器件的結構、功用。3.理解典型的元器件的工作原理。課時分配本項目共2個任務，安排2課時。教學重點對汽車制冷系統(tǒng)具體的元器件進行認知，并能識記。并分析典型元器件的具體的工作過程。掌握汽車制冷系統(tǒng)的工作原理，了解制冷劑和冷凍機油的性能特點，能夠正確選用制冷劑和冷凍機油。教學難點1.了解制冷劑和冷凍機油的性能特點。2.掌握汽車制冷系統(tǒng)的工作原理。教學內容任務一制冷系統(tǒng)元器件的認知知識鏈接一、壓縮機汽車空調系統(tǒng)的壓縮機安裝在發(fā)動機前部，由發(fā)動機曲軸上的驅動輪經皮驅動帶驅動容積式制冷壓縮機往復活塞式曲軸連桿式直列連桿式旋轉?？照{壓縮機種類繁多，型式各異，容積型制冷壓縮按其運動型式和主要零部件形狀，分類如圖所示1．旋葉式壓縮機旋葉式壓縮機的氣缸形狀有兩種形狀，一種是圓形，一種是橢圓形，如圖和圖所示。圓形缸葉片有2～4片，橢圓形缸葉片有4～5片。旋葉式壓縮機其單位壓縮機質量具有最大的冷卻能力。它沒有活塞，僅有一個閥，稱為排氣閥。排氣閥實際上起一個止回閥的作用，防止在循環(huán)停止或壓縮機不運行時，制冷劑蒸汽通過排氣口進入壓縮機。在圓形氣缸的旋葉式壓縮機中，葉輪是偏心安裝的，葉輪外圓緊貼氣缸內表面的吸、排氣孔之間。在圓形氣缸中，轉子的主軸和橢圓中心重合，轉子上的葉片和它們之間的接觸線將氣缸分成幾個空間，當主軸帶動轉子旋轉一周時，這些空間的容積發(fā)生“擴大縮小幾乎為零”的循環(huán)變化，制冷劑蒸汽在這些空間內也發(fā)生吸氣壓縮排氣的循環(huán)。壓縮后的氣體通過簧片閥排出。2．斜盤式壓縮機斜盤式壓縮機也叫斜板式壓縮機，是一種軸向活塞式壓縮機，其工作原理如圖64所示。主要零件是主軸和斜盤。各氣缸以壓縮機主軸為中心布置，活塞運動方向與壓縮機的主軸平行。1—壓盤；2—電磁離合器；3—多槽驅動帶帶輪；4—電磁離合器線圈；5—軸承；6—密封圈；7—驅動端蓋；8—帶錐齒輪的行星盤；9—缸體；10—固定錐齒輪；11—活塞；12—吸氣閥片；13—閥板；14—排氣閥片；15—閥片限位板；16—后端蓋；17—制冷劑進出接頭；18—連桿；19—注油塞；20、22—推力軸承；21—斜盤斜盤與壓縮機主軸固定在一起，斜盤的邊緣裝合在活塞中部的槽中，活塞槽與斜盤邊緣通過鋼球軸承支承在一起。當主軸旋轉時，斜盤也隨著旋轉，斜盤邊緣推動活塞作軸向往復運動。如果斜盤轉動一周，前后兩個活塞各完成壓縮、排氣、膨脹、吸氣一個循環(huán)，相當于兩個氣缸作用。如果是軸向6缸壓縮機，缸體截面上均勻分布3個氣缸和3個雙頭活塞，當主軸旋轉一周，相當于6個氣缸的作用。二、冷凝器和蒸發(fā)器1．冷凝器冷凝器是一種熱交換器，與發(fā)動機散熱器在形狀上非常相近，在汽車空調制冷系統(tǒng)中的作用是將來自壓縮機高溫高壓的制冷劑氣體冷卻、冷凝成液體，并把熱量散發(fā)到車外空氣中，從而使其凝結為高壓制冷劑液體。汽車空調系統(tǒng)冷凝器的結構形式主要有管片式、管帶式、鰭片式等幾種。（1）管片式它是汽車空調中早期采用的一種冷凝器，制造工藝簡單，由銅質或鋁質圓管套上散熱片組成，如圖所示。片與管組裝后，經脹管法處理，使散熱片脹緊在散熱管上。這種冷凝器散熱效果較差。一般用在大中型客車的制冷裝置上。（2）管帶式它是由多孔扁管彎成蛇管形，并在其中安置散熱帶后焊接而成，如圖所示。管帶式冷凝器的散熱效果比管片式冷凝器好一些（一般高15％左右），但工藝復雜，焊接難度大，且材料要求高。一般用在小型汽車的制冷裝置上。（3）鰭片式它是在扁平的多通管道表面直接銳出鰭片狀散熱片，然后裝配成冷凝器，如圖所示。由于散熱鰭片與管子為一個整體，因而不存在接觸熱阻，故散熱性能好；另外，管、片之間無需復雜的焊接工藝，加工性好，節(jié)省材料，而且抗振性也特別好。所以，是目前較先進的汽車空調冷凝器。2．蒸發(fā)器蒸發(fā)器和冷凝器一樣，也是一種熱交換器，是制冷循環(huán)中獲得冷氣的直接器件。外形近似冷凝器，但比冷凝器窄、小、厚。它的作用是將膨脹閥送來的降溫、降壓液體，在其大的空間內全部蒸發(fā)，同時從周圍空氣中吸收大量的熱量，而使汽車車廂內的溫度下降。它一般安裝在駕駛室內儀表面板下方。蒸發(fā)器有管片式、管帶式和層疊式三種結構，如圖所示。管片式結構簡單、加工方便，但換熱效率較差。管帶式比管片式工藝復雜，效率可提高10％左右。層疊式加工難度最大，但其換熱效率也最高，結構也最緊湊。1—排管；2—散熱片；3—框架A—來自膨脹閥的制冷劑；B—氣態(tài)制冷劑；C—車內熱空氣；D—吹出的冷風工作原理如圖所示。進入蒸發(fā)器排管內的低溫、低壓液態(tài)制冷劑，通過管壁吸收穿過蒸發(fā)器傳熱表面空氣的熱量，使之降溫。與此同時，空氣中所含的水分由于冷卻而凝結在蒸發(fā)器表面，經收集排出，使空氣減濕，被降溫、減濕后的空氣由鼓風機吹進車室內，就可使車內獲得冷氣。三、儲液干燥器和積累器1．儲液干燥器儲液干燥器簡稱儲液器，其作用是：①臨時貯存液態(tài)制冷劑，根據制冷量的需要隨時提供給蒸發(fā)器；②除去系統(tǒng)中的水分，混有少量水分的制冷劑在與金屬材料接觸過程中會產生強烈的腐蝕，水分還會在膨脹閥或節(jié)流管中結冰形成冰堵；③過濾制冷劑中的雜質，制冷劑對系統(tǒng)內壁面各部件的作用，會產生相應的雜質如銹蝕物，或者制冷劑本身所帶微量雜物，也可能系統(tǒng)內部在制造、修理過程中帶入一些污物。這些都必須過濾掉，以免堵塞系統(tǒng)。1—檢視玻璃孔；2—出液管；3、5—濾網；4—干燥劑儲液干燥器的結構如圖所示。它主要由外殼、視液鏡、安全熔塞和管接頭等組成。制冷劑在儲液器中的流動情況如圖中箭頭所示。在儲液器上部出口端裝有一個玻璃視液鏡，用于觀察制冷劑在工作時的流動狀態(tài)，由此可判斷制冷劑量是否合適。對直立式儲液器而言，安裝時，一定要垂直，傾斜度不得超過15°。在安裝新的儲液干燥器之前，不得過早將其進出管口的包裝打開，以免濕空氣侵入儲液器和系統(tǒng)內部，使之失去除濕的作用。安裝前一定要先搞清楚儲液器的進、出口端，在儲液器的進出口端一般都打有記號，如進口端用英文字母IN，出口端用OUT表示，或直接打上箭頭以表示進、出口端。1—氣管；2—節(jié)流孔；3—濾網；4—干燥劑；5—測試口2．積累器積累器是節(jié)流孔管空調系統(tǒng)的重要部件。用節(jié)流孔管代替膨脹閥時，汽車空調制冷系統(tǒng)要在低壓側安裝積累器，以取代儲液干燥器。其結構如圖所示。四、膨脹閥膨脹閥也稱節(jié)流閥，是一種感壓和感溫閥，是汽車空調制冷系統(tǒng)中的一個主要部件。目前膨脹閥主要有H型膨脹閥、節(jié)流孔管兩種結構形式。1—感溫包；2—至壓縮機；3—從儲液干燥器來；4—彈簧；5—調整螺栓；6—球閥；7—至蒸發(fā)器；8—從蒸發(fā)器來1．H型膨脹閥H型膨脹閥如圖所示，因其內部通道形同H形而得名。它取消了外平衡膨脹閥的外平衡管和感溫包，直接與蒸發(fā)器進出口相連。它有四個接口通往空調系統(tǒng)，其中兩個接口和普通膨脹閥一樣，一個接干燥過濾器出口，一個接蒸發(fā)器入口。另外兩個接口，一個接蒸發(fā)器出口，一個接壓縮機進口。感溫元件處在進入壓縮機的制冷劑氣流中。H形膨脹閥無感溫包，它的溫度信號用更為直接的方法獲取，從蒸發(fā)器出來的制冷劑氣體進入膨脹閥，閥內驅動閥門開度的頂桿充當感溫元件，提高了靈敏度。又因為沒有感溫包、連接細管和外平衡接管，使閥門抗振性提高，非常適用于汽車空調系統(tǒng)。2．節(jié)流孔管節(jié)流孔管是用于許多轎車制冷系統(tǒng)的一種固定孔口的節(jié)流裝置。有人稱它為孔管、固定孔管。節(jié)流孔管直接安裝在冷凝器出口和蒸發(fā)器進口之間，用于將液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓。由于不能調節(jié)流量，液體制冷劑很可能流出蒸發(fā)器而進入壓縮機，造成壓縮機液擊。所以裝有節(jié)流孔管的系統(tǒng)，必須同時在蒸發(fā)器出口和壓縮機進口之間，安裝一個積累器，實行氣液分離，避免壓縮機發(fā)生液擊。五、風機汽車空調制冷系統(tǒng)采用的風機按氣體流向與風機主軸的相互關系，可分為離心式風機和軸流式風機兩種。1．離心式風機離心式風機的空氣流向與風機主軸成直角，它的特點是風壓高、風量小、噪音也小。蒸發(fā)器采用這種風機，因為風壓高可將冷空氣吹到車室內每個乘員身上，使乘員有冷風感；噪音小使乘員不致于感到不適而過早疲勞。離心式風機主要由電機、風機軸（與電機同軸）、風機葉片、風機殼體等組成，如圖所示。風機葉片有直葉片、前彎片、后彎片等形狀，隨葉輪葉片形狀不同，所產生的風量和風壓也不同。1—風機葉片；2—風機殼體；3—風機軸；4—電機1—風機葉片；2—風機殼體；3—風機軸；4—電機2．軸流式風機軸流式風機的空氣流向與風機主軸平行，它的特點是風量大、風壓小、耗電省、噪音大。冷凝器采用這種風機，因為風量大可將冷凝器四周的熱空氣全部吹走；風壓小不影響冷凝器正常工作；另外，冷凝器安裝在車室外面，風機噪音大也不影響到車內。軸流式風機主要由電機、風機軸、風機葉片、鍵等組成，如圖所示。葉片固定在骨架上，葉片常做成3、4、5片不等，葉片骨架穿在電機軸上，由鍵帶動旋轉。六、汽車空調系統(tǒng)功用及組成1．汽車空調系統(tǒng)的功用①調節(jié)車內溫度：汽車空調在冬季利用其采暖裝置升高車內溫度，夏季利用制冷裝置對車內降溫。②調節(jié)車內濕度：利用制冷裝置冷卻降溫去除空氣中的水分，再由采暖裝置升溫以降低空氣的相對濕度。③調節(jié)車內的空氣流速：夏季空氣流速稍大有利于人體散熱降溫，冬季氣流速度過大影響人體保溫，因此夏季舒適風速一般為0.25m/s，冬季的舒適風速一般為0.20m/s。④過濾凈化車內空氣：由于車內空間小，乘員密度大，車內極易出現(xiàn)缺氧，而車外道路上的粉塵等又容易進入車內造成空氣污濁，影響乘員的身體健康，因此要求空調必須具有補充車外新鮮空氣、過濾和凈化車內空氣的功能。組成與制冷部件的安裝位置1—“D”管；2—消聲器；3—“S”管；4—蒸發(fā)器；5—進風罩；6—控制面板；7—暖風水箱；8—“L”管；9—壓縮機；10—儲液干燥器；11—“C”管；12—冷凝器2．汽車空調系統(tǒng)的組成汽車空調系統(tǒng)是由制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等五個子系統(tǒng)組成。各型汽車空調系統(tǒng)的組成大同小異，圖所示為桑塔納2000Gsi型轎車暖風與空調系統(tǒng)的組成與零部件的安裝位置。①制冷系統(tǒng)：把車內空氣或吸進來的新鮮空氣冷卻或除濕，使車內空氣變得涼爽舒適。②采暖系統(tǒng)：主要用于取暖，對車內空氣或由外部進入車內的新鮮空氣進行加熱，達到取暖、除霜的目的。③通風系統(tǒng)：把車外新鮮空氣吸進車內進行換氣。同時，通風對防止風窗玻璃起霧也起著良好作用。④空氣凈化系統(tǒng)：凈化空氣，除去車內存在的灰塵和氣味，使車內空氣變得清新。⑤控制系統(tǒng)：對制冷和暖風裝置進行控制，使空調正常工作。七、汽車空調系統(tǒng)的分類1．按驅動方式分類按驅動方式可分為獨立式汽車空調系統(tǒng)和非獨立式汽車空調系統(tǒng)兩種。①獨立式汽車空調系統(tǒng)?？照{制冷壓縮機由專用的空調發(fā)動機（也稱副發(fā)動機）驅動，故汽車空調系統(tǒng)的制冷性能不受汽車主動發(fā)動機工況的影響，工作穩(wěn)定，制冷量大，但由于加裝了一臺發(fā)動機，不僅增加了成本，而且體積和重量也增加了。這種類型的汽車空調系統(tǒng)多用于大、中型客車上。②非獨立式汽車空調系統(tǒng)。空調制冷壓縮機由汽車本身的發(fā)動機驅動，汽車空調系統(tǒng)的制冷性能受汽車發(fā)動機工況的影響較大，工作穩(wěn)定性較差。尤其是低速時制冷量不足，而在高速時制冷量過剩，并且消耗功率較大，影響發(fā)動機動力性。這種類型的汽車空調系統(tǒng)一般多用于制冷量相對較小的中、小型汽車上。2．按功能分類按功能可分為單一功能和組合式兩種。①單一功能是指冷風、暖風各自獨立，自成系統(tǒng)，一般用于大、中型客車上。②組合式是指冷、暖風合用一個鼓風機、一套操縱機構。這種結構又分為冷、暖風分別工作和冷、暖風可同時工作兩種方式，多用于轎車上。任務二制冷系統(tǒng)工作原理的認知知識鏈接一、制冷基本原理1．物質狀態(tài)變化與溫度的關系物質有三種狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。液體經加熱就會變成氣體；相反，氣體被冷卻就會變成液體，物質的狀態(tài)變化會引起周圍吸熱或放熱。冷氣系統(tǒng)就是利用制冷劑在裝于車內的蒸發(fā)器中由液態(tài)轉化為氣態(tài)時，從車內吸收熱量，使其溫度降低；在裝于發(fā)動機冷卻系散熱器前面的冷凝器中由氣態(tài)轉化為液態(tài)，將熱量釋放到車外空氣中而工作的。2．物質狀態(tài)變化與壓力的關系氣態(tài)下的物質在溫度一定的情況下，增加壓力就可變?yōu)橐簯B(tài)，而液態(tài)下的物質在溫度一定的情況時，壓力減小了也可變?yōu)闅鈶B(tài)。例如R12（氟利昂），氣態(tài)時加壓1．5MPa，就會變成液態(tài)（放熱）；液態(tài)時只要降壓到1MPa以下，就會變成氣態(tài)（吸熱）?？梢姡灰刂莆镔|的壓力，也可控制物質狀態(tài)的改變，從而又可從周圍吸熱或向周圍放熱。二、制冷劑與冷凍機油1．制冷劑制冷劑種類很多，主要性質如表所示。汽車空調系統(tǒng)中，目前最廣泛使用的制冷劑是R134a。制冷劑R134a有如下特點：①蒸發(fā)潛熱比R12高，在相同條件下，具有較大的制冷能力。②導熱系數(shù)高，傳熱性比R12好，故可采用小體積的熱交換器。③當溫度在17℃以上時，R134a的飽和壓力比R12高；溫度低于17℃時，R134a的飽和壓力比R12低，故壓縮比會增大。④使用R134a作制冷劑，壓縮機要提高轉速；潤滑油要改用與R134a相適應的聚烯基乙二醇（PAG）；系統(tǒng)中的密封件，需用氫化丁腈橡膠（RNBR）密封件；R134a分子易穿透橡膠管，為此，要使用內壁有尼龍層、中間為氫化丁腈橡膠的軟管。2．冷凍機油（1）冷凍機油的作用冷凍機油是制冷壓縮機的專用潤滑油，它保證壓縮機正常運轉，可靠工作和延長使用壽命。在空調制冷系統(tǒng)