汽車空調制冷系統實訓臺架研制與應用

朱蕊 熊維平 王哲 王啟凡

【摘 ?要】汽車行業在最近的幾年時間里飛速發展，汽車空調作為汽車內部的一個重要組成部分，其工況好壞對汽車經濟性、舒適性影響較大。為此對應用本科汽車服務工程教學與教具提出更高的要求。本文根據應用本科人才培養目標以及理實一體化教學模式的要求，本文設計研制了一種用于汽車空調制冷系統理論與實訓教學的臺架，該系統能有效實現教學功能并滿足學生實訓操作，具有良好的改造延展性，且對驅動電路做了創新，為教學提供了一種良好的教學手段且提高了學生維修實踐與創新的技能。

【關鍵詞】理實一體化教學;汽車空調;制冷系統;實訓臺架

1 ?概述

近年來隨著汽車行業飛速發展，汽車空調不斷更新換代。汽車內部的空調很大程度上影響了駕駛員與乘客的舒適性。隨著經濟水平提高，人們對汽車性能要求也越來越高。它的作用也不再只是制冷和制暖，在調整車內的濕度、空氣流動和空氣清潔度等方面也起著至關重要的作用，通過這些功能來減少人們在開始出行時所帶來的疲憊。本文結合本院課程實際情況研制了一臺汽車空調制冷系統臺架，一方面促進教師理實一體化教學改革;另一方面有助學生更好理解并掌握汽車空調系統實操技術，培養大學生創新創業能力。

2 實訓臺架總體設計方案

本方案研制的是一種用于實訓教學的汽車空調制冷系統實訓臺架。汽車空調制冷系統實訓臺架控制面板上裝有點火開關、空調開關以及指示燈，另外在臺架上面還安裝了壓縮機、發電機、電動機等電器設備。直接將這些電器設備安裝在臺架上是為了演示汽車空調制冷系統在工作時各零部件的現象。讓學生依據這些現象來了解它們的工作原理。本實訓臺架還可以進行制冷劑的加注、抽真空、冷凍機油的加注以及汽車空調制冷系統排故等實訓項目。有助于更好的培訓學生分析和解決問題的能力，同時提高教師教學質量。以此為出發點，將本產品的整體設計方案列至如下：

（1）選用某型號五菱宏光轎車空調制冷系統的零件為實訓臺架零件的對象。

（2）本實訓臺架上安裝控制面板、線槽以及接線端子的線號。

（3）本實訓臺架為可移動臺架，臺架底座角落安裝有帶自鎖功能的萬向腳輪，將電氣設備安裝在臺架上，選擇與該款五菱宏光轎車動力相近的電動機驅動發電機發電，并安裝了起動機實物。

2.1臺架行走機構的設計

在完成焊接之后開始設計臺架的移動機構。因為隨著方鋼的焊接，架子整體的質量也在不斷升高。如果這個時候為架子安裝一個可以移動的機構，那么在后面的工作中會節約很多的時間，提高制作效率。所以在經過討論后決定在架子的四個角落安裝帶有剎車的萬向輪作為可移動的結構。最終確定選用四個相同型號的萬向輪與四個100×100mm的鐵片作為可移動的機構。依照萬向輪的四個孔位在鐵片對應的位置上用M8的鉆頭打孔。然后將鐵片焊接到架子上面，在焊接好之后用錘子敲掉沒用的焊渣。最后用手握式的打磨機將焊縫磨平。

2.2 控制面板設計

本實訓臺架控制面板的材料選用的是鐵板。選用木板加工難度比鐵板高，并且加工后還需處理毛刺等后續工作。綜合上述原因，將鐵板進行激光切割。這樣既節約時間，又相對精確。控制面板的孔位布置以鐵板中心線的交點位置為基準，將整體設計為對稱結構。控制面板孔位上方選用貼紙對零部件進行注釋。

2.3線槽設計

由于本實訓臺架電路分支較多，連接后顯得比較凌亂，所以在臺架上面安裝線槽。使電路的整體走向一致，同時可避免由于外界環境造成的電線潮濕導致意外發生。在安裝線槽時不得超過臺架整體最外面的輪廓，安裝后使得臺架整體更加美觀實用性更強。

整體設計完成后可將各零部件進行安裝，具體安裝流程如圖2所示。

2.4實訓臺架電路設計

汽車空調制冷系統實訓臺電子元件包括：充電指示燈、空調開關、5線汽車點火開關、繼電器、裝線槽、交流接觸器（380V）、保險、發電機指示燈等。設計框架如圖3所示。

（1）驅動電路設計

本實訓臺架驅動電路由蓄電池、點火開關、繼電器、交流接觸器與電動機組成，電路控制原理是接通蓄電池電源，由蓄電池向點火開關供電，點火開關ST線接到繼電器與交流接觸器，共同完成對電動機的起動與控制。

蓄電池向點火開關供電。當點火開關ST檔啟動，繼電器線圈通電，常開觸點吸合。電流由L2流向30號腳與87號腳，并通過控制線圈主觸點A1和A2回到L3。交流接觸器常開觸點閉合，電流由黑白線IG1通過觸點13NO和14NO，最后通過繼電器85號腳和86號搭鐵，三項電機開始工作。之后，點火開關自動回位到（IG）檔，蓄電池開始充電，交流接觸器自鎖。

各電器元件型號選用12v蓄電池、五線點火開關、四角繼電器、380v交流接觸器以及三相異步電動機。可作實訓項目包括：空調制冷系統的抽真空、低壓端法空調制冷劑的加注、真空吸入法加注冷凍機油、空調壓縮機不運轉的故障診斷與排除。

（2）空調電路設計

空調電路由蓄電池供電，電流經過保險以及藍色（+）線向點火開關供電。該電路由點火開關和空調開關共同控制，打開點火開關ACC檔，藍線（+）向空調繼電器30號腳供電。打開IG檔和空調開關，一端電流向鼓風機供電，另一端經溫控器和壓力開關后通過空調繼電器85和86號腳。線圈通電，常閉觸電吸合，電流經30和87號腳向泠凝器風扇和壓縮機電磁離合器供電。

（3）充電電路設計

當開關閉閉合時，電流由蓄電池供給。這時，充電指示燈會亮起，因為有電流流過。然而，三相電機起動之后，發電機的轉速開始增加，發電機的端電壓也增加。當蓄電池的電壓等于發電機輸出電壓時，發電機“D”端與“B”端的電位相等。由于發電機兩端電位差為零，充電指示燈熄滅。

（4）啟動電路設計

2.5線路布置

首先，先畫出電路走向圖和電路原理圖。再根據CAD圖紙為基礎，連接電路。在完成汽車空調制冷系統的電路圖和走向圖后。按圖紙要求即可將汽車空調制冷系統的各零部件正確連接。同時，應注意以下幾點：第一，線與線之間以及各電器元件之間的連線應選用接線端子來連接，不但便于拆裝和檢查，還安全簡潔。用接線端子連接牢固，能保證接觸良好，利于系統正常工作。第二，為避免導線過細而燒掉保險引起電路故障，應選擇正確規格的電線和保險絲進行連接。第三，為防止碰線而引發安全事故，使用連接端子進行接線時，可以用端子保護套避免。第四，為了線路的整潔美觀，要求線與線以及各零件的接線端子整齊安裝。第五，汽車空調制冷系統電路連接需嚴格遵守國家要求，并選用符合規格的導線。

依據電路走向圖，完成各電器元件的連接。第一，先完成控制電路的連接。第二，為便于老師教學和同學實踐練習，選用不同顏色的電線進行連接。第三。對于端口的連接，本設計選用接線端子完成，并將其放入線槽。便于教師教學，同時也提高了上課的效率。為布置教學故障提供便捷，同時也能提高線路壽命。

2.6維修與調試

將電器元件成功安裝后，不能立即啟動電路系統。第一，檢查各大部件機構是否固定上緊。第二，檢查各系統電路是否連接完整。第三，對整個汽車空調制冷系統進行適當調試。例如，整機啟動、系統抽真空、補充規定型號的制冷劑等。

（1）整機啟動

首先，在確認系統各部件正常后啟動汽車空調制冷系統，將黑色夾子夾到蓄電池負極，使制冷系統通電。使用點火開關和空調開關控制電路系統，若系統正常工作，則電路系統運行正常。如果系統無法正常工作，需關閉電源進行故障排除。用萬用表檢測蓄電池電壓是否正常即，12V。其次，檢查是否有開路或短路故障的電路。最后檢查保險故障。

（2）檢測壓力

在測試壓力之前，需確保歧管壓力表的高壓和低壓手動閥和快速連接閥處于關閉狀態。然后將高、低壓表正確連接到汽車空調制冷系統的壓縮機上（紅色高壓快速連接閥連接到較細的高壓維修閥門，藍色低壓快速連接閥連接到較粗的低壓維修閥門），然后再打開閥門。

要正確讀取到歧管壓力表組的壓力，需要先讓汽車發動機以怠速運轉。并使汽車空調系統開啟10分鐘后才能讀取。當制冷系統正常時，低壓值應在0.08和0.95MPa之間。且高壓表的讀數約為低壓表讀數的十倍左右。將表中讀取的高壓值和低壓值與標準值進行比較，結合系統中出現的其他癥狀，即可以確定汽車空調制冷系統的故障。

泄漏檢測方法：目視泄漏檢測，氮氣水泄漏檢測，熒光泄漏檢測，肥皂水泄漏檢測，鹵素燈泄漏檢測，氣體壓差檢漏和電子泄漏檢測等。

（3）加注制冷劑

首先，常用的制冷劑加注方法有兩種：一種為低壓側加注，另一種為高壓側加注。其次，需要填充適量且符合規定類型的R134a制冷劑。注意加注R134a制冷劑前需要對高低壓表的三根表管進行排空氣處理。抽真空的時間不可過短，至少要5-8min。清空制冷劑時，為防止大量冷凍機油流出并造成浪費，應慢慢打開高低壓手動閥。為了準確測量壓力，進行系統壓力檢測時，要先對高壓和低壓手動閥進行關閉處理以確保測量的準確性。

3 實訓臺架優勢與應用價值

（1）經濟方面

在經濟時代，無論是什么行業要制作什么樣的產品，產品的成本都是要放在第一位上面去考慮的，即使一個產品設計的非常完美，但制造成本過高，市場占有率會受到很大影響。在經過市場上汽車空調制冷系統教學臺架多次調查之后，結合學校的教學要求設計簡化了空調供暖系統，運用價值工程原理思路，對于教學中使用不到的功能去除，節省了大量成本。具對比，經濟優勢明顯：與市場上試驗臺架的市場價格相比起來，價格相差將近10倍左右。整個臺架操作簡單方便、各個零部件以及電線的布置簡單明了。

（2）教學方面

結構清晰明了，能在多角度觀察制冷系統的工作情況，有利學生掌握知識。汽車空調系統實訓臺架內部空間夠大，一方面方便指導老師進行教學演示，另一方面也有利于同學們實際動手操作和了解汽車空調制冷系統的結構布局。教學方便，在空調系統主要電器元件均使用方便拆裝的接線端子連接，有利于排故檢修。本實訓臺架可以讓學生更好的理解課本知識的同時增強學生實際動手操作能力。臺架增加移動機構使得臺架具有可移動的特點，大大方便教師教學使用。

（3）電路方面

本實訓臺架的總電路系統可分為四個子系統，分別為驅動電路、空調電路、充電電路以及啟動電路。本實訓臺架在驅動電路設計方面進行創新，利用點火開關直接控制電動機，外接三相電源，簡單方便。此外臺架本身帶有充電系統

4 設計的不足與改進建議

本實訓臺架在制作過程中，由于經驗不足，在機架的焊接與打孔的先后順序發生錯誤，導致一些孔位在進行打孔的時候位置上會造成一定的誤差。建議后續再設計制作類似實訓臺架，可在繪制草圖之后先將零部件放到原材料方鋼上面進行打孔，這樣可以提高制作的效率，盡可能的降低誤差。

基金項目：2018年自治區級大學生創新創業訓練計劃項目“汽車空調實訓臺架研制”（編號201813639049）

參考文獻：

[1]金旭星.《汽車機械基礎》[M].北京：人民郵電出版社.2009.11

[2]陳家瑞.《汽車構造》[M].北京：機械工業出版社.2009.2

作者簡介：

朱蕊（1984.11-），女，山東安丘人，管理學碩士，講師，廣西科技大學鹿山學院汽車工程系教師，專業為企業管理市場營銷方向，研究方向為汽車營銷與服務。

熊維平（1952.07-），男，廣西柳州人，高級工程師，廣西科技大學鹿山學院汽車工程系教師，專業為機械設計制造及其自動化，研究方向為車輛工程。

（作者單位：廣西科技大學鹿山學院 汽車工程系）