子任务一 汽车空调制冷系统结构原理认知
学习目标
1.知识目标
（1）能用汽车空调相关知识解释说明空调制冷系统组成与类型。
（2）能叙述清楚空调制冷系统主要组成件的安装位置及特点。
2.能力目标
（1）通过学习，能根据台架或车辆正确识别空调制冷系统类型与组成。
（2）通过学习，能根据台架车辆实物解释制冷系统各组件类型与原理。
3.素养目标
（1）培养学生良好的团队合作意识。
（2）培养学生自主探索的学习习惯和创新意识。
实训内容
（1）空调制冷系统组成与类型认知。
（2）空调制冷系统工作过程分析查找。
课时计划
第1次课：2课时。
知识准备
一、汽车空调制冷系统组成原理
（一）汽车空调制冷系统
汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀和蒸发器5大主要部件，以及空调压力开关、制冷管路和接头、制冷剂、压缩机油等附属设备组成。汽车空调制冷系统布置如图8-1-1所示。
微课：汽车空调制冷系统 组成原理认知
图8-1-1 空调制冷系统布置
（二）空调制冷原理
空调制冷原理如图8-1-2所示。压缩机运转时，将蒸发器内产生的低温低压制冷剂蒸汽吸入并压缩后，在高温高压状态下排入冷凝器，由冷却风扇进行冷却，冷却后的液态制冷剂从冷凝器底部流入储液干燥器，除去水分、杂质后，纯净的制冷剂通过膨胀阀进行节流降温降压，低温低压液体制冷剂流进蒸发器吸热制冷，通过蒸发器风机向车室内吹入冷风，使车室内温度降低。气态制冷剂通过蒸发器后又重新被压缩机吸入，如此反复循环即可达到制冷的目的。制冷循环如图8-1-3所示。
（1）压缩过程：气态制冷剂从蒸发器内被吸进压缩机，压缩机将制冷剂蒸气压缩成高温、高压的气体后，输送给冷凝器。
（2）冷凝过程：制冷剂在冷凝器中发生相态变化并与流动大气进行热交换，把制冷剂的热量散发出去，制冷剂由气态变成液态。
（3）膨胀过程：液态制冷剂通过膨胀阀或膨胀管的节流、降压作用，体积突然变大，成为低温、低压的液雾状混合物进入蒸发器。
（4）蒸发过程：制冷剂在蒸发器内吸收周围空气中的大量热量发生相变，由液态变成气态。这些低温、低压制冷剂蒸气又重新被吸入压缩机，开始下一个循环的工作。如图8-1-4所示。
图8-1-2 空调制冷原理
图8-1-3 制冷循环
图8-1-4 制冷系统组成
二、空调制冷装置各主要组成件的作用及安装位置
（一）制冷剂和冷冻润滑油
制冷剂俗称冷媒，又称制冷工质，它是制冷系统中用于转换热量、完成制冷循环的工作介质（即作为热量交换的介质）。汽车目前使用的制冷剂是R134a（四氟乙烷）与R12（二氯二氟甲烷）。
制冷系统的制冷原理主要是利用物质的气化吸热、冷凝放热的物理特性。物质由液体变为气体时，需要吸收热量，液体的气化使液体的温度降低，制冷剂从环境物体吸热，环境提供热量。物质由气体变为液体时，需要放出热量，制冷剂向环境物体放热，气体的液化使环境物体吸热。在整个制冷过程中，制冷剂只有物理变化，没有化学反应。
（1）R12：分子式为CCl2F2，是一种无色、无味、无毒的气体，可回收重复使用，但它对大气臭氧层有破坏作用，如图8-1-5（a）所示。
（2）R134a：具有与R12相接近的热力性质，然而R134a有一定的温室效应，如图8-1-5（b）所示。
图8-1-5 制冷剂
（3）在使用中，绝对禁止两种制冷剂交换使用。
（4）冷冻机油的功用主要是润滑压缩机轴承、活塞等零件表面。
（5）不同牌号冷冻机油（也称冷冻油）不能混用，通常选用国产18号和25号冷冻机油或进口SUNISO 5GS冷冻机油。
查阅资料思考：
R134a将来的替代物有哪些？有哪些特点？
（二）压缩机
空调压缩机安装在蒸发器与冷凝器之间，由曲轴皮带带动。
空调压缩机是制冷剂循环的动力源，起着压缩和输送制冷剂蒸气的作用，即把低温低压的制冷剂压缩成高温、高压状态并输送入冷凝器，维持制冷剂在制冷系统管路中的循环流动，如图8-1-6所示。
图8-1-6 压缩机
压缩机有斜板式压缩机、斜盘式压缩机、变排量式压缩机、涡旋式压缩机、旋叶式压缩机、三角转子式压缩机等，目前大多数轿车的空调系统都采用摇板式和斜盘式压缩机。
（1）斜板式压缩机如图8-1-7所示。
图8-1-7 斜板式压缩机
（2）叶片式压缩机如图8-1-8所示。
图8-1-8 叶片式压缩机
（3）涡旋式压缩机如图8-1-9所示。
图8-1-9 涡旋式压缩机
（4）电动压缩机如图8-1-10所示。
图8-1-10 电动压缩机
查阅资料思考：
汽车空调变排量压缩机有哪些特点？是如何工作的？
（三）冷凝器
冷凝器一般安装在汽车车头、侧面或车底，通常设置在散热器前面。其作用是把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气，通过向车外空气散发热量，转变为高温高压液体。
冷凝器一般采用铝材料制造，按照结构类型分为管片式、管带式和平行流式3种。节流膨胀管系统和其他制冷系统的最大区别是其蒸发器出口一定要安装吸气储液器液气分离器。
1.管片式冷凝器
管片式冷凝器通常安装在汽车的前面，即散热器前，有一个进口一个出口如图8-1-11所示。
2.管带式冷凝器
管带式冷凝器的传热效率比管片式冷凝器可提高15%～20%，但它的制造工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高，一般用在小型汽车的制冷装置上，如图8-1-12所示。
图8-1-11 管片式冷凝器
3.平流式冷凝器
平流式冷凝器具有制冷剂侧的压力小、传热系数高、质量小、结构紧凑和制冷剂充注量少等特点，如图8-1-13所示。
图8-1-12 管带式冷凝器
1—气态制冷剂；2—异型扁管；3—波纹散热片；4—液态制冷剂。
图8-1-13 平流式冷凝器
1—圆柱形集管；2—铝制内肋扁管；3—波形散热翅片；4—跨接管；5—管接头。
4.工作原理
冷凝器对压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进行冷却，使之凝结成高温高压的液体；制冷剂蒸气放出的热量由周围空气带走，排到大气中，如图8-1-14所示。
图8-1-14 冷凝器作用
（四）储液干燥器
储液干燥器安装在冷凝器和蒸发器之间，是液态制冷剂的一个储存箱，它可除去制冷剂中的异物和水分，并能从它上方的玻璃窗观察制冷剂的数量，如图8-1-15所示。
储液干燥器内部由干燥剂和过滤装置构成。干燥剂一般可用硅胶或分子筛。因R134a与R12的特性不同、分子大小不同，故需采用不同的干燥剂。过滤装置一般由多层不同网目的金属滤网构成，由铜丝布、纱布、药棉等材料填叠而成。如图8-1-16所示。
图8-1-15 储液干燥器安装位置
图8-1-16 储液干燥器结构
工作原理：高温高压液态制冷剂进入储液干燥器，流过过滤区，将各种悬浮颗粒留在过滤区中，经过干燥区时，除去所含的水汽，过多的制冷剂储存在储液干燥器的底部，制冷剂由输液管出口排出。
（五）集液器
集液器，也称积累器、气液分离器，和储液干燥器类似，但装在系统的低压侧，如图8-1-17所示。
图8-1-17 集液器
1—测试孔口；2—干燥剂；3—滤网；4—泄油孔；5—出气管。
装有集液器的空调系统通常都用孔管。集液器的主要功能是防止液态制冷剂进入压缩机，也用于储存过多的液态制冷剂，内含干燥剂也起储液干燥器的作用。
（六）蒸发器
蒸发器一般安装在膨胀阀与压缩机之间，安放在仪表台中的空调总成内，如图8-1-18所示。
图8-1-18 蒸发器
蒸发器也是热交换装置，功能与冷凝器相反，其将节流降压后的雾状制冷剂，通过吸收流经蒸发器空气的热量，从而蒸发汽化成制冷剂蒸气。
蒸发器一般采用铝制造，蒸发器的结构与冷凝器相似，按照结构类型也分为管片式、管带式和层叠式3种。
1.管片式蒸发器
管片式蒸发器由铜质或铝质圆管套上铝翅片组成，经胀管工艺使铝翅片与圆管紧密相接触。其结构较简单、加工方便，但其换热效率较差，如图8-1-19所示。
图8-1-19 管片式蒸发器
2.管带式蒸发器
管带式蒸发器由多孔扁管与蛇形散热铝带焊接而成，工艺比管片式复杂，需采用双面复合铝材（表面覆一层0.02～0.09 mm厚的焊药）及多孔扁管材料。这种蒸发器换热效率可比管片式提高10%左右，如图8-1-20所示。
图8-1-20 管带式蒸发器
1—进口；2—出口；3—空气；4—管子；5—翅片；6—散热口。
3.层叠式蒸发器
层叠式蒸发器由两片冲成复杂形状的铝板叠在一起组成制冷剂通道，每两片通道之间夹有蛇形散热铝带。这种蒸发器也需要双面复合铝材，且焊接要求高，因此加工难度最大，但其换热效率也最高，结构也最紧凑。采用新型制冷剂R134a的汽车空调多采用这种层叠式蒸发器，如图8-1-21所示。
图8-1-21 层叠式蒸发器
4.原理
空调系统工作时，来自节流装置的低压雾状制冷剂通过蒸发器管道时，液态制冷剂在低压下蒸发，利用蒸发潜热来冷却空气。热、湿空气通过蒸发器时，碰到冰冷的金属管芯和传热片，空气骤冷下来，空气中的水汽被凝结沿金属壁流下排出，冷而干的空气被送入车内，使车厢温度下降，环境舒适。同时低压雾状制冷剂变为低压气态制冷剂，并回到压缩机。在蒸发器前面安装有一个温度传感器，用于检测蒸发器的温度，并将该信息提供给空调的控制单元，以避免蒸发器结霜。设定界限：2.8℃左右。
（七）膨胀阀
1.安装位置
膨胀阀一般安装在蒸发器入口处，如图8-1-22所示。
图8-1-22 膨胀阀安装位置
2.功用(https://www.daowen.com)
膨胀阀用来节流、降压、自动调节流量，将中温高压液态制冷剂经节流作用变为气液混合态流进蒸发器。
3.结构类型
膨胀阀主要有内平衡式（见图8-1-23、图8-1-24）、外平衡式（见图8-1-25）、H型膨胀阀（见图8-1-26）。
图8-1-23 内平衡热力膨胀阀
图8-1-24 内平衡热力膨胀阀原理
1—膜片；2—内平衡口；3—针阀；4—蒸发器进口；5—阀座；6—阀体；7—通储液干燥器进口；8—弹簧；9—感温包；10—毛细管。
1）内平衡热力膨胀阀
内平衡式热力膨胀阀的结构如图8-1-23所示。其特点是在该膨胀阀内设有一内平衡管，将膜片的下腔和蒸发器入口直接相通。感温包内充注制冷剂，放置在蒸发器出口管道上，感温包和膜片上部通过毛细管相连，感受蒸发器出口制冷剂温度，膜片下面感受到的是蒸发器入口压力。如图8-1-24所示，如果空调负荷增加，则蒸发器出口制冷剂温度将升高，膜片上压力增大，推动阀杆使膨胀阀开度增大，进入到蒸发器中的制冷剂流量增加，制冷量增大；如果空调负荷减小，则蒸发器出口制冷剂温度降低，以同样的作用原理使得阀开度减小，从而控制制冷剂的流量。
2）外平衡热力膨胀阀
外平衡膨胀阀与内平衡膨胀阀的区别在于：蒸发器出口压力作用于膜片下侧，而不是蒸发器的进口压力。一般蒸发器内制冷剂的压力降较大时，选用外平衡膨胀阀能充分而有效地利用蒸发器的所有表面积，以求提高换热效率。
图8-1-25 外平衡热力膨胀阀
1—膜片；2—温包压力；3—毛细管；4—推杆；5—蒸发器出口压力；6—阀座；7—过热调整弹簧；8—感温包；9—弹簧压力；10—阀体；11—针阀。
3）H形膨胀阀
H型膨胀阀有四个接口与制冷系统连接。其中，两个接口与普通膨胀阀相同，一个连接储液干燥器，一个连接蒸发器进口；另外两个接口，一个连接蒸发器出口，一个连接压缩机进口。感温包直接处在蒸发器出口的制冷剂气流中。该膨胀阀由于取消了F型膨胀阀中的感温包、毛细管和外平衡接管，提高了调节灵敏度，结构紧凑，抗振可靠。H型膨胀阀安装位置如图8-1-27所示。
图8-1-26 H形膨胀阀结构
图8-1-27 H形膨胀阀安装位置
4）孔管
孔管又称膨胀管、固定孔管，是一根装在塑料套内的小铜管，它与膨胀阀一样，也是一种节流降压装置，如图8-1-28所示。
安装孔管的空调系统，高压侧没有储液干燥器，但低压侧装有集液器，孔管安装位置如图8-1-29所示。
图8-1-28 孔管
1—出口；2—孔口；3—密封圈；4—进口滤网。
图8-1-29 孔管安装位置
孔管与膨胀阀的差别在于：孔管没有运动零件，也不可调整，如发生故障（多因堵塞所致）很难清理，一般做更换处理。
知识测试
一、选择题
（1）实训空调台架制冷剂类型为（ ）。
A.制冷剂R12（CF2CL2） B.制冷剂R134a（HFC134a）
（2）实训空调台架压缩机类型为（ ）。
A.制冷剂斜板式压缩机 B.叶片式压缩机
C.涡旋式压缩机 D.电动压缩机
（3）实训空调台架冷凝器类型为（ ）。
A.管片式 B.管带式 C.平行流式
（4）实训空调台架膨胀阀类型为（ ）。
A.外平衡式 B.内平衡式 C.H型膨胀阀 D.孔管
（5）实训空调台架蒸发器类型为（ ）。
A.管片式 B.管带式 C.层叠式
二、填空题
（1）压缩机安装在______与______之间，由曲轴皮带带动。
（2）冷凝器一般安装在汽车车头、侧面或车底，通常设置在________前面，将高温高压制冷剂_____散热后变中温高压_____的制冷剂，主要由管路与散热片组成，有一个___口，一个______口。
（3）膨胀阀安装在蒸发器的_____口处，作用是节流、降压、自动调节流量，将中温高压_____态制冷剂经节流作用变为_______混合态流进蒸发器。
（4）蒸发器一般安装在______与______之间，安放在仪表台中的空调总成内，膨胀阀喷出的雾状制冷剂在蒸发器内_______，吸收鼓风机吹过蒸发器空气中的_______，使其降温，达到制冷的目的。
实训指导
一、实训任务
实训任务1 汽车空调制冷系统组成与类型识别
（1）要求：根据实训指导的要求完成指定制冷系统各组成部件安装位置、结构类型认知操作，同时完成实训指导的相关要求填写，每组至少完成2轮操作，遇到问题小组讨论、查询资料或咨询老师。
（2）完成时间：30 min。
实训任务2 空调制冷系统工作过程分析查找
（1）要求：根据实训指导的要求完成指定制冷系统工作过程的操作演示及工作原理的分析，同时完成实训指导的相关要求填写，每组至少完成2轮操作，遇到问题小组讨论、查询资料或咨询老师。
（2）完成时间：50 min。
二、实训准备
1.安全要求及注意事项
（1）严格遵守实训管理制度。
（2）严格遵守实训室安全操作规程。
2.场地检查
检查工作场地是否清洁及存在安全隐患，如不正常，请汇报老师并及时处理。
异常记录：_______________________________________________________________。
3.设备安全状况检查（需要/正常打√，不需要/不正常打×，并记录）
（1）检查车辆状况□、全车空调台架状况□、全车电气台架状况□。
异常记录：_______________________________________________________________。
（2）检查蓄电池□、充电机技术状况□。
异常记录：_______________________________________________________________。
4.其他准备
毛巾、笔、白纸。
三、实训操作指导
实训任务1 汽车空调制冷系统组成与类型识别
1.安全操作流程
（1）检查空调制冷系统装备状况。
（2）操作前确保压缩机、冷凝器、贮液干燥器（集液器）、节流装置（膨胀阀或膨胀管）和蒸发器、高低压管路正确安装。
（3）检查空调制冷系统能否正常工作，如果不能正常工作查找原因并排除故障。
（4）查找识别压缩机、冷凝器、贮液干燥器（集液器）、节流装置（膨胀阀或膨胀管）和蒸发器、高低压管路。
（5）确认压缩机、冷凝器、贮液干燥器（集液器）、节流装置（膨胀阀或膨胀管）和蒸发器、高低压管路安装位置及结构类型。
（6）进行7S管理。
2.空调制冷系统组成与类型查找
根据图8-1-30、图8-1-31所示空调示教板在示教板实物上查找：
（1）空调示教板制冷系统类型是膨胀阀型□/膨胀管型□，根据是什么？
（2）找出两种示教板制冷系统结构的不同特点，并做相应记录。
（3）根据实训示教板空调制冷系统画出制冷剂循环流动的方向。
图8-1-30 手动空调示教板
图8-1-31 自动空调示教板
3.空调制冷系统部件查找
1）空调制冷系统部件查找和记录
（1）压缩机□、冷凝器□、贮液干燥器（集液器）□、节流装置（膨胀阀或膨胀管）□和蒸发器□、高低压管路□是否安装到位，已安装到位□/未全部安装到位□，如图8-1-32所示。
图8-1-32 空调制冷系统
（2）查找压缩机：进气口□、出气口□、皮带轮□、电磁离合器□。
压缩机将__________低压侧（温度约为0℃、压力约为0.15 MPa）的低温低压__________态制冷剂压缩成高温（70～80℃）、高压（约1.5 MPa）的__________态制冷剂，送往______冷却降温，如图8-1-33所示。
（3）查找冷凝器：进口□、出口□、管片式□、管带式□、鳍片式□、平流式□。
冷凝器是把来自____的高温高压气体通过管壁和翅片将其中的热量传递给冷凝器外的________，从而使气态制冷剂冷凝成高温高压的__________体，如图8-1-34所示。
图8-1-33 压缩机安装位置
图8-1-34 冷凝器及储液干燥器
（4）查找节流元件：内平衡式膨胀阀□、外平衡式膨胀阀□、H型膨胀阀□、节流管□。
膨胀阀一般安装在__________入口处，使从冷凝器来的高温高压液态制冷剂节流降压成为容易蒸发的低温低压__________状制冷剂，制冷剂进入蒸发器后，在__________内完全蒸发并根据系统冷负荷需要量的变化自动地调节__________流量，以满足制冷循环要求，如图8-1-35所示。
（5）查找蒸发器：管片式□、管带式□、层叠式□。
蒸发器安装在__________与__________之间，安放在仪表台中的空调总成内，利用低温低压的液态制冷剂__________时吸收周围空气中的大量热量，从而达到车厢内降温之目的，如图8-1-35所示。
4.7S管理
设备清点复原□，场地清洁□，填写相关使用记录表□。
实训任务2 空调制冷系统工作过程分析查找
1.安全操作流程
（1）检查空调制冷系统装备状况。
（2）操作前确保压缩机、冷凝器、贮液干燥器（集液器）、节流装置（膨胀阀或膨胀管）和蒸发器、高低压管路安装好。
（3）规范安全地通电启动压缩机。
（4）操作演示制冷过程，分析工作原理。
（5）进行7S管理。
2.空调示教板与制冷系统结构图的差异对比
根据空调示教板实物结构对比图8-1-36空调制冷系统结构图，找出它们之间的差异。
3.空调示教板实物管路状态、压力与温度分析
根据空调示教板实物分析判断制冷剂在每一段管路中的状态（气态、液态）、压力（高压、低压）、温度（高温、低温）并标注在图8-1-36上。
图8-1-35 蒸发器及膨胀阀
图8-1-36 空调制冷系统结构
4.根据空调制冷原理完成下面括号中选项的选择
压缩机运转时，将蒸发器内产生的（低温低压□、高温高压□、高温低压□、低温高压□）制冷剂蒸汽吸入并压缩后，在（低温低压□、高温高压□、高温低压□、低温高压□）状态下排入冷凝器，由冷却风扇进行冷却，冷却后的（液态□、气态□、气液混合态□）制冷剂从冷凝器底部流入储液干燥器，除去水分、杂质后，纯净的制冷剂通过膨胀阀进行节流（降温降压□、升温升压□、升温降压□、降温升压□），（低温低压□、高温高压□、高温低压□、低温高压□）液体制冷剂流进蒸发器吸热制冷，通过蒸发器风机向车室内吹入（冷风□、热风□），使车室内温度降低。（液态□、气态□、气液混合态□）制冷剂通过蒸发器后又重新被压缩机吸入，如此反复循环即可达到制冷的目的。
5.7S管理
设备清点复原□，场地清洁□，填写相关使用记录表□。
思政点睛
1.通过本次课的学习，你掌握了哪些技能？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.为了更好地提升学习效率，你认为应该改进的措施有哪些？加强课前学习□，优化小组分工□，重视团队沟通□，用好工作页□，轮流操作□，重视小组讨论□，做笔记□，多和老师沟通□，用好网络资源□，其他方面□_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.通过本次课的学习，你认为对今后的就业有哪些帮助？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________