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汽车空调构造与维修 主编 冀旺年 电子教案 第6章 使学生了解压缩机控制 空调电脑ECU控制和自动空调系统的自检与自诊 能够识读汽车自动空调系统控制电路 第10讲4 压缩机控制5 空调ECU的控制6 典型汽车的自动空调系统控制电路7 空调调节控制面板8 自动空调系统的自检与自诊 教学重点 压缩机控制 自动空调系统的自检与自诊教学难点 自动空调系统的自检与自诊 6 4 1控制流程及原理汽车自动空调系统的自动控制在许多方面有所不同 但对制冷系统的控制却基本相同 控制流程及原理参见图6 35所示 压缩机是空调制冷系统中最关键的部件 可以说自动空调对压缩机的控制就是对制冷系统的制 调 冷控制 6 4压缩机控制 图6 35汽车自动空调制冷系统的控制流程及原理图 乘用车自动空调是非独立空调 它的压缩机由发动机带动 在发动机运转情况下 当打开空调A C开关 接通空调系统的主控电路使其工作后 空调ECU基于温度传感器的信号和预先设定的目标温度 通过程序计算判断是否要压缩机工作并通过功能组件控制其工作状况 打开空调开关的同时还将这一信号送给发动机ECU决定是否进行功率补偿 增加喷油量 当压缩机工作后 空调ECU还根据冷凝器温度传感器信号和高 低压的压力开关信号决定控制冷凝器风扇的工作 6 4 2主要检测控制及装置汽车自动空调的制冷控制是整个温度控制系统的一个子系统 下面介绍该子系统中的一些主要检测控制装置 1 压缩机保护控制在运行中 如果制冷系统中制冷剂过多或因堵塞而循环不畅或压缩机缸盖温度过高 会造成高压部分因压力异常升高而损坏 所以在压缩机上会设有过热开关或高压保护开关 即卸压阀 过热开关有两种 一种是装在压缩机缸盖上 作用结果是使电磁离合器电源中断 压缩机停转 一种是装在蒸发器出口管路上 作用结果是制冷剂泄漏警报灯亮 这两种结构的目的都是防止由于缺少制冷剂 造成压缩机因缺乏润滑油而过热损坏 过热开关的结构见图6 36所示 当制冷剂温度升高到一定值时 膜片下的蒸气压力使膜片上升 推动螺钉 带动动触点与定触点接触 过热开关接通 在过热开关后面串接一个过热时间继电器 当过热状态是持续的而不是瞬时的情况下 制冷剂泄漏警报灯才会点亮 卸压阀的作用是当高压超过限度时 打开阀门给系统卸压 如果空调系统中制冷剂缺乏 则可能冷冻油也缺乏 压缩机若在这种干摩擦情况下运转 就会造成压缩机温度过高 2 压缩机电磁离合器控制在汽车自动空调中 对电磁离合器的控制有两种电路 一种是通过恒温器来控制 其控制电路见图6 20和图6 37所示 在这种电路中 决定电磁离合器工作与否只依赖空调A C开关和一个温度传感器的信号 一般是蒸发器温度信号 而且被控制的温度不易调整 不能很好地达到经济运行的目的 所以人们将这种自动空调叫做半自动空调 另一种电路是由空调ECU通过程序和功率放大组件控制电磁离合器 它类似于图6 31对鼓风电动机的控制 在这种电路中 电磁离合器通电与否 不仅依赖空调A C开关和蒸发器温度 而且还受到冷凝器温度 车内环境温度 冷却水温度 制冷系统中高 低压力和发动机运行速度等多个信号控制 不但被控温度易于调节 由程序控制 而且可以实现最佳的经济运行控制 图6 37压缩机电磁离合器控制电路 当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 当切断电流时 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 空调ECU通过蒸发器温度传感器测定蒸发器出口的空气温度在3 以下关闭压缩机的电磁离合器 使压缩机停止驱动制冷剂工作 防止结霜和动力损失 若车辆热负荷小 空调ECU又可把压缩机的关闭温度设定得高一些 既可以防止结霜 又能防止过度制冷 避免动力损失 使空调系统处于最经济的运行状态 3 离合器二极管当有电流供给时 离合器线圈是一个具有很强磁场的电磁铁 在电源供给线圈的时间内 这个磁场都是恒定的 当电源断开时 电磁场消失 同时产生出高压的脉冲信号 这些脉冲信号对于精密的电子电路是有害的 必须加以滤除 把一个二极管跨接在离合器线圈两端并接地 利用二极管的限幅作用抑制尖峰电压为一安全电压 这个二极管通常分接在离合器线圈内的接线柱上 它与离合器线圈并联 一端通12V电源 另一端接地 检查二极管需用欧姆表 4 压缩机锁止控制压缩机锁止控制电路是对发动机的一种保护电路 发动机每转一圈 压缩机锁止传感器就传送4个脉冲信号到空调ECU 如果当车辆转向和爬坡需要最大动力时 即发动机转速与压缩机转速的比值比预定值小 空调ECU将切断压缩机电路 图6 38所示为佳美汽车空调压缩机锁止传感器电路 图6 38佳美汽车空调压缩机锁止传感器电路 压缩机锁止传感器检测的是发动机转速及曲轴位置 所以也称为转速传感器 曲轴位置传感器或上止点传感器 常用的曲轴位置及转速传感器有发电式 霍尔式 电磁式和光学式等 参见图6 39所示 它们既可安装在曲轴飞轮上 也可以装在分电器壳体内 装在曲轴飞轮上时 因飞轮尺寸大 分辨率高 所以其检测精度较高 装在分电器壳体内时 由于其尺寸小 分辨率低 因此检测精度有所下降 发电式传感器运转时 当磁性圆盘的凸齿通过蹄形磁铁时 蹄形磁铁的磁场发生变化 于是绕在磁铁上的线圈内便产生一个与转速相应的脉冲电压 转速越高 输出脉冲电压的电压值及单位时间内的脉冲次数就越多 霍尔式传感器当一个有电流通过的霍尔半导体片 置于磁场方向和电流方向垂直的磁场中 时 在霍尔半导体片与电流方向垂直的横向侧边上就会产生一个微量电压 此电压称为霍尔电压 改变磁场强度即可改变霍尔电压的大小 磁场消失时霍尔电压为零 传感器转子由分电器轴驱动 转子上有跟气缸数目相同的叶片 当叶片转离磁极和霍尔半导体片之间的气隙时 磁力线被切断 霍尔电压下降为零 电磁式传感器转子旋转时 由于转子凸起与托架间的磁隙不断发生变化 通过线圈的磁通也不断变化 于是线圈中便产生感应电压 并以交流形式输出 在实用结构中 往往将传感器装于分电器内 并使用复合转子和耦合线圈 光电式传感器当分电器轴转动时 遮光盘交替地让开或阻断从发光二极管射向光敏三极管的光线 使光敏三极管导通或截止 从而产生脉冲信号 图6 39压缩机锁止传感器 a 发电式传感器原理 b 霍尔式传感器原理 c 电磁式传感器原理 d 光电式传感器原理 5 压力检测控制在空调制冷系统的高压区和低压区均安装有压力开关 分别称为高压开关和低压开关 用来对系统内的压力进行检测控制 压力开关的作用原理是利用感受到的管路中制冷剂的压力使膜片上移或下吸 从而推动动触点与定触点接触或分开 由此来控制被控电器的控制电流 达到控制目的 压力开关的工作原理见图6 40所示 图6 40压力开关的工作原理图 图6 41R12与R134制冷系统中的压力开关特性 高压开关在正常高压下是闭和的 如果压力超过一定高压值时它就断开 压力下降到低于某一定值时高压开关又闭和 高压开关不向空调ECU提供数据 这个开关通常串联在压缩机离合器回路中 象冷凝器风机电机损坏这种情况 就可引起高压侧压力超过安全限度 低压开关在正常低压下 低压开关处于闭和状态 当压力降到一定值时开关断开 并发出信号给空调ECU 使其断开压缩机离合器电路 防止压缩机在低压情况下运转 当低压侧压力升高到某一定值时开关又闭合 超低压情况的出现 可能是由于制冷剂的损失引起低压侧压力非正常降低 注意 R12与R134制冷系统中压力开关的特性是不同的 汽车空调上用的压力开关多为双重压力开关 即高压开关和低压开关都在同一壳体内 因此也叫 高 低压开关 其结构原理参见图6 42所示 图6 42双重压力开关的结构原理 图6 43奥迪A6空调的双重压力开关及插接头 图6 43所示为奥迪A6汽车的双重压力开关 如果制冷回路中因堵塞 如冰堵 使管路中产生真空或压力过高 那么双重压力开关将通过开关触点1 2 低压 与3 4 高压 和显示控制单元来关闭压缩机电磁离合器电源 从而保护制冷管路与有关设备 压力开关打开则压缩机停止 拆下空调的双重压力开关后检查制冷效果时须连接插头上的触点1和2 见图6 43 6 电磁阀控制现代汽车上配用了许多种电磁阀 这里重点介绍制冷系统中的电磁旁通阀 电磁旁通阀多用于大 中型客车的独立式空调制冷系统中 其作用是控制蒸发器的蒸发压力和蒸发温度 防止蒸发器因温度过低而结霜 电磁旁通阀一般安装在贮液干燥器与压缩机吸入阀之间 如图6 44所示 其工作原理是 当吹过蒸发器的冷风温度低于设定温度时 控制电路使电磁旁通阀开启 一部分高压液态制冷剂便通过旁通阀通道到达压缩机吸入侧 与蒸发器出来的制冷剂蒸气相混合 这样便减少了通过蒸发器的制冷剂流量 使蒸发器蒸发压力相应提高 因而也提高了蒸发温度 使蒸发器免于结霜 当蒸发温度升高到一定值时 控制电路又使该阀关闭 进入蒸发器的制冷剂随之增加 蒸发温度也降低 这一过程不断循环 将蒸发器温度控制在规定的范围之内 1 压缩机 2 吸入阀 3 排出阀 4 冷凝器 5 电磁旁通阀 6 蒸发器 7 膨胀阀 8 贮液干燥器图6 44电磁旁通阀回路 自动空调控制系统由 传感器 控制器ECU 控制部件 自检及报警等四部分组成 其中控制器ECU是自动空调系统的 控制中枢 它与其它控制器件的连接传输以及控制原理参见图6 45和图6 46所示 6 5空调ECU的控制 图6 45 富豪VOLVO 自动空调控制器ECU的控制原理示意图 图6 46奥迪汽车自动空调控制器ECU的控制原理示意图 控制过程是 各种传感器作为信息采集部件 将温度 压力和其他有关信息输入到空调电脑控制器ECU中 电脑控制器ECU将获得的信息进行分析 处理 经 模 数 转换后以数字形式向执行装置 鼓风电动机 各风门控制伺服电动机 各控制继电器和显示器等发出控制指令 对车内空气的温度 湿度及流通情况按照预定要求进行调节 调节的结果被反馈到电脑控制器ECU中进行比较 分析 处理 然后再传递给执行装置 如此进行高速反复调节 直到达到预设定 或默认 的要求 图6 47汽车自动空调的主要温度传感器及位置示意图 传感器主要包括车内温度传感器 阳光照射强度传感器 车外温度传感器 蒸发器温度传感器 冷却液温度 水温 传感器和风档板开度传感器等 见图6 47所示 温度传感器一般采用热敏电阻式温度传感器 阳光照射强度传感器是个光敏二极管 为使车内温度传感器能够检测到车内的平均温度 将其安放在带有吸气器的检测室内 一般在仪表盘上 使传感器周围的空气能够流通 车外温度传感器也称为环境温度传感器 外界空气温度传感器 大气温度传感器 一盘安装在汽车前部 为使车外温度传感器能够检测车外的平均温度 其上装有一个塑料罩 以免传感器局部受热过高 水温传感器则位于发动机出水口 它将冷却水温度反馈到ECU 当水温过高时ECU能够断开空调压缩机开关A C而保护发动机 同时也使ECU依据水温控制冷却水通往加热器的阀门 风门位置 室内温度等传感器将信息反馈到ECU ECU通过 混合风档 的冷暖风比例控制空气流的温度 例如当温度过低时ECU指令冷气流经过加热器升温 当温度过高时则增大冷气 当车箱内温度达到预定值时 ECU会发出指令停止 混合风档 伺服电动机或压缩机的运转 同时 ECU还通过 方式风档 伺服电动机控制气流流向 确定出风口的吹风角度等 达到自动调节控制的目的 在电控喷射发动机的车上 ECM PCM依据发动机转速 负荷 冷却液温度和空调ECU等输入信号 对发动机的配气机构 电子油门实行自动控制 同时 空调ECU依据ECM PCM提供的发动机转速 负荷和冷却液温度等输入信号决定是否关闭空调开关A C 有些车的自动空调还装有红外温度传感器 专门探测乘员面额部的表面皮肤温度 当传感器检测到人体皮肤温度时也反馈到ECU 这样 ECU有多种传感器的温度数据输入 就能更精确地调控空调系统 乘员只要操作一次旋钮或按钮 设置所需温度和气流方式 以后一切事情就都由自动空调控制系统办理了 课间休息 6 6典型汽车的自动空调系统控制电路 图6 49马自达626汽车自动空调 通风与温度控制 系统电路 图6 50马自达626汽车自动空调控制系统电路 图6 51广州本田2003自动空调系统的控制电路 一 6 6 2广州本田2003自动空调系统控制电路 图6 52广州本田2003自动空调系统的控制电路 二 6 6 2广州本田2003自动空调系统控制电路 图6 53克莱斯勒 Chrysler LHBody车系自动空调线路 6 6 3克莱斯勒 Chrysler LHBody车系自动空调线路图 空调调节控制面板一般装在靠近驾驶员的前方 而且空调的控制和显示常放在一个面板上 便于调控和了解空调运行情况 面板上的控制有三种形式 旋钮式 按钮式和触摸式 面板显示内容的多少由空调自动化程度和汽车价位决定 面板外型结构有多种款式 空调控制面板的设置不同其操作也有所区别 祥细看具体汽车的操作手册 6 7空调调节控制面板 6 8 1自动空调系统的自检1 自检原理汽车自动空调系统都具有自检测保护功能 该功能只能对空调系统中的电器 电路进行自检测而不能对制冷回路中制冷剂的工作进行检测 对电器电路的自检是电子控制器ECU电路所设计的功能 只要给ECU供电使其工作 自检测保护功能就在发挥作用 自检是ECU根据输出端口电压的变化 通过门电路 触发电路检测出变化的状态 并给予编码以数字型式存储起来 6 8自动空调系统的自检与自诊 我们知道 一个电池不带负载 开路 或说负载电阻值R 时 它正负极间的端电压U得于它的电动势E 如图6 54 a 所示 正常情况当给电池带上负载后 R 某个值 其正负极两端的端电压U小于它的电动势E且大于零如图6 54 b 所示 如果电池两端短路 R 0 则正负极间的端电压U 0 如图6 54 c 所示 电子系统的自检测就是基于电源 有源网络的输出可以等效为一个电源 的上述输出特性 如图6 54 d 所示 即负载开路则输出端A为高电位E 负载短路则输出端A为低电位0 从而利用设计连接的逻辑门和触发器电路分别检测出输出端A是高电位还是低电位 即负载电路是开路还是短路这两种状态 再经编码器给检出的状态编码 编码一般都采用数字编码 个别车也有例外 这个码就是人们所说的故障代码简称故障码 最后将故障码送至存储器保存 以备维修查找故障时提取 图6 54所示为自检测原理与框图 因为制造厂的不同和不同汽车其空调控制系统的不相同 所以空调控制系统故障的固定编码一般也不完全相同 参见附录 各种汽车自动空调系统故障码 图6 54自检测原理与框图 2 自保护如果逻辑门和触发器电路检测出负载短路 则通过与之连接的控制保护器 该控制保护器可以是带禁止态的三态门电路也可以是开关管 继电器等控制器 使输出端A成为禁止态或与短路负载断开 从而保护了有关电路和设备 防止故障扩大 每个自动控制系统都有自保护 自保护是自动控制系统的突出特点 6 8 2汽车电气系统的自诊装备电脑的车辆上一般均有自诊断 简称自诊 功能 也称 自检测或自侦测或自我诊断 自诊断是电脑在程序控制下自动对电气系统进行的诊断检查 我们知道 程序是指令的有序集合 程序的进程必需通过调运 所以 自诊断不同与自检 它不是每时每刻都进行诊断 要进行自诊必需调运自诊程序 即施行进入自诊操作 一旦进入自诊 系统就按厂家设计的程序对系统内电器的功能状况进行诊断检查 并将结果直接显示出来 如诊断指针仪表的功能就让仪表指针在指令的控制下从最小到最大再回到最小的偏转范围内摆动一下看看 从仪表指针摆动的情况检查该仪表是否完好 再如诊断蜂鸣驱动电路就让蜂鸣器鸣响一下看是否正常 至于指针摆动的方式和蜂鸣器鸣响的次数则因厂家和车型的不同由程序决定 通常 自诊功能有 蜂鸣驱动电路检测 指示器驱动电路检测 LCD 液晶显示 分段检测 仪表驱动电路检测 检测的有车速里程表 转速表 燃油计 冷却液温度表等 通信线路检测 注 指示器的控制也是通过通信线路实现的 各温度传感器的检测 通风控制活门动作检测和制冷度的检测等 在后面第9章中介绍 汽车不同其自诊功能也有所不同 调运 启动 自诊程序一般是利用空调控制面板 只要依一定次序按压指定按钮 一般是按压暖气或空调系统的有关控制钮 即可进入自诊 汽车电脑中故障码的读取与清除也是通过自诊系统完成的 在后面第9章中介绍 汽车电脑进入自诊模式的原理大致相同 但人工操作的方法步骤和自诊和内容视车辆不同而有所区别 下面以广州本田2003乘用车的自诊为例 来说明自诊的调运和自诊功能 进入自诊的操作步骤如下 调运自诊程序 1 按住行程 复位按钮 2 将照明开关置于ON 3 将点火开关置于ON II 4 5秒钟内 将照明开关切换至OFF 然后重复ON与OFF 5 5秒钟内 松开行程 复位按钮 然后重复按下并松开按钮 共做3次 则系统自动进入自诊程序的运行 进入自诊的触发原理 参见图6 55所示 在自诊模式下 仪表板灯光亮度控制器工作正常 在自诊模式下 使用行程 复位按钮启动 蜂鸣驱动电路测试 和 仪表驱动电路检查 图6 55进入自诊的触发原理图 1 蜂鸣驱动电路检查在进入自诊模式 开始蜂鸣驱动电路检查时蜂鸣响5次 2 指示器驱动电路检查当进入自诊模式 开始指示器驱动电路检查时 指示器灯光闪亮 指示器闪亮的有 座椅安全带指示灯 充电系统指示灯 低燃油液位指示灯 保养需求指示灯 安全指示灯 远光指示灯 开灯指示灯 故障指示灯 MIL 自动变速箱档位指示灯 ABS指示灯 巡航主指示灯 安全指示灯等 3 开关输入检查当间断式蜂鸣在自诊初步阶段鸣响后 如果以下任何开关输入被从OFF切换至ON 则会有蜂鸣导通鸣响 引起蜂鸣鸣响的开关包括 巡航控制主开关 驻车制动开关 4 CD分段检查当进入自诊模式后 里程 行程 液晶显示