丰田凯美瑞空调系统

毕业设计（论文）

第六代广汽丰田凯美瑞空调系统课题：

院系：机械工程学院

专业：汽车检测与维修技术

班级：

姓名：

指导教师：

完成日期：2013年月日

届毕业设计（论文）任务书

摘要

汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。空调装置已成为衡量汽车功能是否齐全的标志之一。汽车空调的作用已是众所周知。汽车空调装置已不再是豪华奢侈的象征，不仅轿车、客车上采用空调，货车、工程车上也纷纷安装空调装置。人们对空调的需求越来越迫切，对汽车空调质量的要求也越来越高。近几年来，国内公路大量新建，尤其是高速公路迅速发展，有力地带动了公路客运事业特别是高速客运事业的迅猛发展。同时，随着地球表面日益变暖和人民生活水平的提高，促进城市公交开始采用空调客车，这两方面因素造成对客车空调器的需求大增。由于客车车型基本上都是国内自行开发的，其空调系统需国内客车厂和空调器厂自行设计、配套，所以汽车制造厂、空调器制造厂及空调器维修站迫切需要了解汽车空调的有关知识。伴随汽车空调的普及与发展，汽车空调的发展大体上历经了五个阶段：单一取暖阶段、单一冷气阶段、冷暖一体化阶段、自动控制阶段、计算机控制阶段。空调的控制方法也历经了由简单到复杂，在由复杂到简单的过程，作为汽车空调系统的电路控制方面也在不断更新改进。

关键词：汽车空调；故障诊断；维修；注意事项

Abstract

Automotive air conditioning system is the realization to the inside of the train air for refrigeration, heating, ventilation and air purification devices. It can provide comfortable for a ride by bus driver of the environment, reduces the fatigue strength, improve the driving safety. Air conditioning unit has become a car is all ready function to measure one of the marks. The role of automotive air conditioning is well known. Automotive air conditioning unit is no longer a luxury, not only the symbol of cars, buses, trucks, the air conditioning engineering installation of air-conditioning equipment in the car. People of the air conditioning needs more and more urgent, to the requirements of the quality of the automotive air conditioning more and more is also high. In recent years, the domestic highway, especially a new highway rapid development, effectively drive the highway passenger transport business, especially the rapid development of high speed passenger transport business. At the same time, with the surface of the earth is warming and the improvement of people's living standard, promote the city bus began to USES air conditioning coaches, the two factors of air conditioner fuelled by the demand for passenger cars. Due to the passenger cars were largely developed by the domestic, and the air conditioning system should be domestic car factory and air conditioner factory to design, form a complete set, so the car manufacturers, air conditioner manufacturers and the urgent need to understand automobile air conditioner pit on the knowledge of air conditioning. Along with the development and popularization of automotive air conditioner, air condition in the development through five stages: a single heating stage, a single air conditioning phase, the changes in temperature and integration phase, automatic control stage, computer control stage. Air conditioning control method also after from simple to complex, from simple to complex in the process, as the air conditioning system of the car circuit control are constantly updated improvement.

Key Words：Automotive air conditioning；Fault Diagnosis；Maintenance Note

目录

摘要..................................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................................... I 1 汽车空调概述. (1)

1.1 空调发展 (1)

1.2 空调部件位置 (1)

1.3 凯美瑞全自动空调系统 (3)

2 汽车空调组成及工作原理 (4)

2.1 空调系统的组成 (4)

2.2 空调压缩机 (4)

2.2.1 总述 (4)

2.2.2 不同型号发动机的配置 (4)

2.2.3 电磁阀 (4)

2.3 蒸发器与冷凝器 (5)

2.3.1 蒸发器 (5)

2.3.2 冷凝器 (6)

2.4 空气净化器 (7)

2.4.1 构造及功用 (7)

2.4.2应用与注意事项 (8)

2.5 Plasmacluster?发生器 (9)

2.5.1 发生器的概述 (9)

2.5.2 发生器的工作模式 (9)

2.6 其他汽车空调元器件 (10)

2.6.1 开关 (10)

2.6.2 清洁空气滤清器 (11)

2.6.3 空气压力传感器 (11)

2.6.4 车内温度传感器和外部温度传感器 (11)

2.6.5 阳光传感器 (11)

3 空调系统的检修 (12)

3.1 维修注意事项 (12)

3.2 汽车空调常见故障现象及排除方法 (13)

3.2.1 常见故障及可能原因 (13)

3.2.2 控制系统的诊断 (13)

3.2.2.1传感器的诊断 (14)

3.2.2.2 执行器的检查 (14)

3.2.3 电路系统的诊断 (14)

3.2.3.1鼓风机电动机电路 (14)

3.2.3.2加热器控制面板电源电路 (16)

3.2.3.3 Plasmacluster电路 (17)

3.2.3.4空气净化器电路 (19)

3.2.3.5 IG电源电路 (20)

3.3 系统部件的检修 (22)

3.3.1制冷剂 (22)

3.3.1.1车上检查 (22)

3.3.1.2制冷剂的更换 (23)

3.3.2空调放大器 (24)

3.3.2.1 空调放大器的拆卸 (24)

3.3.2.2 空调放大器的安装 (25)

3.3.3 空气净化器总成 (25)

3.3.3.1 空气净化器的拆卸 (25)

3.3.3.2 空气净化器的安装 (26)

3.3.4 传感器 (26)

3.3.4.1 车室温度传感器 (26)

3.3.4.2 环境温度传感器 (27)

3.3.5 压缩机与皮带轮 (27)

3.3.5.1 车上检查 (27)

3.3.5.2 拆卸 (27)

3.3.5.3 安装 (28)

3.3.6 空调控制总成 (28)

3.3.6.1 空调控制总成的拆卸 (28)

3.3.6.2 拆解 (28)

3.3.6.3 重新装配 (28)

3.3.6.4安装 (29)

3.3.7 空调单元 (29)

3.3.7.1 拆卸 (29)

3.3.7.2 拆解 (30)

3.3.7.3 重新装配 (30)

3.3.7.4 安装 (30)

3.3.8冷凝器 (31)

3.3.8.1拆卸 (32)

3.3.8.2安装 (32)

参考文献 (33)

致谢 (33)

1 汽车空调概述

1.1 空调发展

汽车空调比汽车发展整整迟了近半个世纪的时间，1927年，第一台汽车空调由一个加热器、一套通风系统和一个空气过滤器组成，没有制冷的装置。1954年，随着战后经济的复苏，汽车空调业也开始发展起来，冷暖一体的空调首先出现在美国的NASH（纳什）牌轿车上，1960年带制冷置的汽车空调逐渐普及。我国的汽车空调业起步较晚，比起发达国家要晚了半个世纪。1983年才开始有少数企业从国外引进技术和生产设备。1993年，经过几年的激烈竞争，汽车空调行业逐步走向正轨，进入良性发展阶段。至此，汽车空调业在国内形成。

1.2空调部件位置

图1.1 空调系统部件图1

图1.2 空调系统部件图2

图1.3 空调系统部件图3

图1.4 空调系统部件图4

1.3 凯美瑞全自动空调系统

全自动空调控制主要包括：神经网络控制，出风口空气温度控制，鼓风机控制，压缩机控制，后窗除雾器控制，进、出风口控制，外部温度显示控制和自诊断等。

其中丰田新凯美瑞安装的神经网络自动空调器不同于以前的空调系统，因为人的感官系统及其复杂，传统的桶空调放大器根据基于从传感器接收到的信息而获取计算公式来确定出风口空气温度和鼓风机气量已不能满足新的舒适度的要求。因此，在自动空调系统中采用神经网络技术，以获得更高级的控制。这种技术可以将不同的数据储存在空调放大器中，然后空调放大器能够影响控制，从而提升空气调节舒适度。

神经网络控制包括输入层、中间层和输出层的神经元。输入层神经元基于开关和传感器的输出处理外部温度的输出处理外部温度的输入数据、日照量和车室温度，并将这些数据输出到中间层神经元。中间层神经元根据这些数据调节神经元之间的连接强度，然后由输出层神经元以所需的出风口温度、太阳能校正量、目标风量和出风口模式控制量来计算这些数据的总和。空调放大器根据这些控制量来控制伺服电动机和鼓风机电动机。

2 汽车空调组成及工作原理

2.1 空调系统的组成

空调系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、伺服电动机、鼓风机电动机、Plasmacluster?发生器、清洁空气滤清器、空气净化器和各种传感器组成。

2.2 空调压缩机

2.2.1 总述

压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，压缩机可以维持制冷剂在制冷系统中的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压制冷剂蒸汽，压缩制冷剂蒸汽使其压力和温度升高，并将制冷剂蒸汽送往冷凝器。

压缩机按工作容量是否变化分为定容量式和变容量式。六代凯美瑞空调使用的是可变容积型，其容积可根据空调的冷却负荷改变。此压缩机包括空调器带轮、轴、接线板、旋转斜板、活塞、蹄片、曲轴箱、气缸和电磁阀。

2.2.2 不同型号发动机的配置

发动机形式为1AZ – FE和2AZ – FE的型号上安装了DL型空调器带轮，提供了可调节进气压力的电磁阀，以便根据需要控制压缩机容量，同时还安装了内阀，以改善空调器压缩机高速运行和重热负载条件下的耐久性。其中内阀集成在电磁阀中，当空调器压缩机速度急剧上升、空调器压缩机速度较高或热负荷突然改变时，内阀开始运行，使空调器压缩机功率降低，从而延长空调器压缩机的使用寿命。

发动机形式为2GR – FE的型号上安装了内置电磁离合器和锁定传感器的空调器带轮，传感器可以检测电磁离合器是否锁定。其中锁定离合器可向空调ECU发送空调器带轮的速度信号。空调ECU通过使用这些信号和发动机速度信号确定电磁离合器是否锁定和打滑。

2.2.3 电磁阀

曲轴箱与排放通道相连接，排放通道（LO压力）和排放通道（HI压力）之间装配了电磁阀。电磁阀根据来自空调ECU的信号在占空比控制下工作。

电磁阀闭合时会形成压差，同时曲轴箱中的压力下降，然后，活塞右侧的压力会大于左侧活塞的压力，这样压缩弹簧压旋转斜板倾斜，最终活塞冲程增大，排放量增大，压缩机工作达到大容量状态。

相反，当电磁阀闭合时压差消失。然后，活塞左侧与右侧活塞的压力相同，弹簧因此伸长并消除旋转斜板的倾斜量，最终不产生活塞行程，排放量降低，压缩机工作达到小容量状态。

图2.1 电磁阀占空比控制工作图

2.3 蒸发器与冷凝器

2.3.1 蒸发器

汽车中蒸发器和冷凝器统称为换热器，其性能直接影响到空调的制冷性能，而且体积大，重量约占汽车空调的总重量的50%~70%，因此必须要求空调器具有制冷效率高、尺寸小、重量轻的特点。

蒸发器的作用是将经过节流降压后的液压制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面的周围空气的热量而降温，风机再将冷风吹到车室内，达到降温目的。

空调器系统蒸发器采用新一代的超薄结构，仅仅是38~58mm。通过将水箱放置在蒸发器单元的顶部和底部并采用微孔管构造，能够达到以下效率：提高了热交换效率，温度分布更加均匀，蒸发器结构更薄。蒸发器主体涂有一种含有抗菌剂的树脂，能够最大限度地减少臭味源和细菌繁殖。涂层下面的衬底含有一层无酸盐的涂层，有利于保护环境。同时，蒸发器温度传感器根据热敏电阻器的电阻值变化检测瞬间通过蒸发器的冷空气温度，并输出到空调ECU。

图2.2 蒸发器结构

2.3.2 冷凝器

六代凯美瑞空调系统使用MF(多流)型冷凝器。冷凝器是汽车空调的关键换热设备，担负着向高温热源释放热量的任务，其换热性能对汽车空调的运行特性和经济性有重要影响。空调冷凝器的结构经历了管片式，管带式及多元平行流式的发展历程。多元平行流式冷凝器是由管带式发展而来，使冷凝器的有效容积得到合理利用，制冷剂的流动和换热过程趋于合理。

多流型冷凝器含有两个冷却部分：冷凝部分和过冷部分，两部分通过气液分离器结合在一起。此冷凝器使用副冷却循环，具有优异的热交换性能。在副冷却循环中，制冷剂经过冷凝器的冷凝部分后，未能液化的液体制冷剂和气体制冷剂都会在过冷部分中再次冷却。因此制冷剂在被送入蒸发器时几乎完全呈液化状态。

图2.3 多流型冷凝器结构图

2.4 空气净化器

2.4.1 构造及功用

空气净化器主要由控制盘、带光催化剂的滤清器、鼓风机风扇和氙灯组成。放射紫外线的氙灯内置于空气净化器中，属于不可维修零件。空气净化器安装位置如下图2.4所示。

图2.4 空气净化器位置图

装有空气净化器的车型中提供了光催化除臭功能，以净化车内空气，带有光催化剂和氙气的滤清器可以放射紫外线，以执行净化功能。空气净化器单元内的滤清器包含带有光催化剂的活性炭。车室空气经过进风口，被鼓风机吹入净化器单元，经过滤清器并通过氙灯进行光除臭。然后清洁的空气在经过出风口被吹回车内。紫外线照射光催化剂时，光催化剂可将空气中的氧气和水蒸气转化为活性炭。活性炭可以氧化分解并除去滤清器中的臭味，空气净化器结构图如下图2.5所示。

图2.5 空气净化器结构置图

2.4.2应用与注意事项

使用氙灯和带有光催化剂的空气净化器应注意以下事项:点火开关转到ON后氙灯持续发亮，并放射紫外线。紫外线波长小于300mm，大于这个值会对人体有害。但是紫外线可能偶尔导致眼睛疼痛、视力模糊或皮肤发炎。因此，在操作氙灯是，不要直视或者直接与皮肤接触。

当带有光催化剂的空气净化器滤清器受到室内照明或太阳光中所含的紫外线照射时，滤清器表面会从灰色变为黄色，但不影响滤清器发挥作用。

2.5 Plasmacluster?发生器

2.5.1 发生器的概述

驾驶员座椅侧的侧调节器风道内部安装了Plasmacluster?发生器，发生器从分子和空气中的氧气分子中产生了正负离子，并将这些离子发射到空气中，以改善车内空气和舒适度。此发生器由空调ECU控制，并与鼓风机电动机一起运行。（注意：发生器使用高压，具有危险性。不要在发生器离子出口处涂抹任何类型的喷雾或杂质，否则会导致不当运行或发生故障。清洁时要关掉加热器控制面板上的OFF开关来停止鼓风机电动机。另外，当发生器在运行当中，发出轻微声响属于正常情况）

2.5.2 发生器的工作模式

Plasmacluster?发生器具有ION(离子)和CLEAN(清洁)两种模式，两种模式由空调ECU以15min的时间间隔交替切换。工作情况如下图2.6 Plasmacluster?发生器工作情况图。

ION(离子)模式：产生负离子并将其发射到空气中，从而在车内提供类似于自然空气的空气质量。

CLEAN(清洁)：产生正负离子，将正负离子发射到空气中时，这些离子立即被水分包围，并形成Plasmacluster?离子的簇离子。离子分散到车内空气中，与空气中的悬浮颗粒和分子相结合。

图2.6 Plasmacluster?发生器工作情况图

2.6 其他汽车空调元器件

2.6.1 开关

因为凯美瑞汽车空调分为自动空调器和手动空调器，所以两种型号的控制面板也有所不同。对于自动空调器的汽车，空调状态显示在LCD显示屏上，因为驾驶员侧和前乘客前侧均有温度控制开关，所以增加了使用的方面性。对于一些自动空调器型号可以使用转向盘上的转向盘衬垫开关（AUTO,OFF和TEMP）或后扶手上的后座椅控制开关进行一些空调器操作。自动空调器和手动空调器的控制面板分别见下图2.7和2.8。