第四节 第三代丰田普锐斯空调系统

第四节 第三代丰田普锐斯空调系统

一、系统特征

1.高性能

第三代丰田普锐斯空调系统采用神经网络控制，使乘客可以精确地控制空调，以获得最佳的舒适度。微尘花粉过滤模式控制，可去除驾驶人和前排乘客身体上部周围区域的花粉保证驾驶室内空气的质量。鼓风机手动模式有7个等级，自动模式有31个等级，便于对出风量进行精确控制。组合仪表集成了显示方向盘装饰盖开关操作的触摸追踪显示器，有助于缩短驾驶人的视线移动距离，使驾驶人专注于路面。太阳能通风系统通过使用后玻璃嵌板产生的动力，操作鼓风机分总成，将停车时车厢中的高温气体排放到车外。制冷循环中采用压缩/喷射器循环系统，从而提高制冷效果、降低能量消耗。正温度系数（PTC）加热器系统利用电加热，可快速加热通过暖风散热器分总成的空气，从而提高加热器性能。

2.轻量化

系统采用带内置集成电路的总线连接器，减少了线束使用量，减小了整车质量。

3.结构紧凑

系统采用电动变频器压缩机、喷射循环（ECS）型蒸发器分总成、直流铝制（SFA）-Ⅱ型暖风散热装置分总成、带储液器的多流式（MF）-Ⅳ冷凝器总成等模块化设计，不但确保了较高的制冷或加热性能，还实现了结构更加紧凑的效果。

二、系统组成及主要零部件功能

1.机舱部分

如图7-66所示，机舱部分主要零部件的功能为：电动逆变器压缩机，功能为执行制冷剂气体的吸入、压缩和排放，为制冷剂循环提供动力；带储液器的冷凝器的总成，功能为提供高效率的热交换；环境温度传感器，功能为检测环境温度，并输出至空调放大器总成；空调压力传感器，功能为检测制冷剂压力，并发送数据至空调放大器总成；ECU，功能为接收来自发动机冷却液温度传感器的信号，并将其传输至空调放大器总成。

2.控制部分

如图7-67所示，控制部分主要零部件的功能为：空调控制总成，功能为将操作指令输入系统；空调放大器总成，功能为将数据传输至开关和传感器，并接收来自开关和传感器的数据；阳光传感器，功能为检测太阳光的变化量，并将其输出至空调放大器总成；方向盘装饰盖开关总成，功能为发送方向盘装饰盖开关操作信号至空调控制总成；ECO模式开关，功能为发送ECO模式开关操作信号至空调控制总成。

图7-66 空调系统组成（机舱部分）

图7-67 空调系统组成（控制部分）

3.制冷、制热及送风部分

如图7-68所示，制冷、制热及送风部分主要零部件的功能为：鼓风机分总成，功能为以适当的风速循环室内空气；暖风散热器分总成，功能为加热通过暖风散热器分总成的空气；膨胀阀，功能为以雾化形式喷射制冷剂；蒸发器分总成，功能为与通过蒸发器分总成的空气进行快速的热交换；蒸发器温度传感器，功能为检测经过蒸发器分总成的冷空气温度并传输数据至空调放大器总成；车内温度传感器，功能为检测车内温度，并输出至空调放大器总成；PTC加热器（快速加热器总成），功能为可快速加热通过暖风散热器分总成的空气；空气混合风门伺服机构分总成，功能为根据接收来自温度设定的信号，操作伺服电动机打开和关闭空气混合风门；再循环风门伺服机构分总成，功能为通过空调放大器总成接收来自新鲜空气/再循环选择器开关的操作信号，操作伺服电动机，以打开和关闭新鲜空气/再循环风门；模式风门伺服机构分总成，功能为通过空调放大器总成接收来自模式选择器开关的操作信号，操作伺服电动机，以打开和关闭模式风门；空气净化滤清器，功能为去除花粉和其他微粒，提供清洁的循环空气。

图7-68 空调系统组成（制冷、制热及送风部分）

三、系统控制

第三代丰田普瑞斯空调系统采用神经网络控制，使乘客可以精确地控制空调（图7-69）。下面列举该系统几项典型的控制模式，并进行详细介绍。

图7-69 空调控制系统框架图

1.压缩机控制

电动变频器压缩机总成由涡旋压缩机、直流无电刷电动机、机油分离器、电动机轴、空调变频器等组成（图7-70）。电动变频器压缩机除了由电动机作为压缩机的动力驱动外，压缩机的基本构造和工作原理与普通的涡旋压缩机相同。涡旋式压缩机是目前最先进的第三代压缩机，它具有体积小、重量轻、零部件少、运动部件受力波动小、振动小、噪声低、绝热效率高、容积效率高、机械效率高等优点。

图7-70 电动变频压缩机的构造

涡旋压缩机主要由动静两个涡旋盘、防自转机构、主轴和支架体等零件组成。其中动静两个涡旋盘相对旋转一定角度（通常为180°），并错开一定距离后（该距离为主轴偏心距）对插在一起，实现动静涡旋盘的啮合，形成多个啮合点的月牙工作容积腔。随着主轴带动动涡旋盘旋转，多组月牙工作腔容积逐渐由大变小，从而实现封闭工作腔容积的周期性变化,完成制冷剂蒸气的吸入、压缩和排出的工作循环过程（图7-71）。压缩机内置机油分离器,能够分离与制冷剂混合在一起进入到制冷循环的压缩机机油，降低了机油循环率。

图7-71 工作循环过程

电动变频器压缩机将混合动力（HV）蓄电池经逆变器变频的交变电流（A/C变频器与压缩机集成为一体）作为压缩机的电源，所以空调系统的工作不依赖发动机的运行，使车辆能够提供更舒适的空调环境，并实现较低的油耗（图7-72）。

图7-72 电动变频压缩机控制图

空调放大器总成根据目标蒸发器温度（由温度控制开关、车内温度传感器、环境温度传感器和阳光传感器信号计算得出）计算目标压缩机转速。实际蒸发器温度参数通过空调放大器总成传输给HV动力管理控制ECU。HV动力管理ECU根据目标压缩机转速数据控制空调逆变器输出变频电压，从而控制电动变频压缩机以达到适合空调系统工作条件的转速。此转速控制在不影响制冷或除雾性能的范围之内，实现舒适性和低能耗。

电动变频压缩机使用高压变频电压，如果电路线束中发生短路或断路，则HV动力管理控制ECU会自动切断空调变频器电路，停止向压缩机的电动机供电（图7-73）。

图7-73 空调变频器内部电路

2.制冷量控制

第三代普瑞斯空调制冷系统采用了世界首创的压缩/喷射空调器。它通过蒸发器上的喷射器将常规制冷循环系统中产生涡流而导致的能量损失进行回收，转换成压缩机的有用功，从而提高制冷循环系统的COP值（COP=制冷能力/压缩机消耗动力），起到节能的效果。压缩/喷射制冷循环系统与常规制冷循环系统对比如图7-74所示。

喷射循环系统（Ejector Cycle System，ECS）蒸发器（图7-75）由双层散热交换器（迎风侧和顺风侧）组成，喷射器（图7-76）安装在迎风侧散热器的制冷剂储液槽内，实现了体化设计，无需配置连接机构，既保证了耐压的厚壁结构，又减小了体积。

图7-74 压缩/喷射制冷循环系统与常规制冷循环系统对比图

图7-75 ECS蒸发器的结构

图7-76 ECS喷射器的结构

在压缩/喷射型空调制冷循环中，经冷凝器冷却的高压液态制冷剂，通过膨胀阀的节流分成两部分流向：其中一部分到顺风侧蒸发器吸热蒸发，并作为被吸流体进入喷射器；另一部分直接作为工作流体进入喷射器膨胀，将其势能转化成动能，并与被吸流体混合。再在喷射器扩压室内减速升压，将动能转换为势能，使进入迎风侧蒸发器吸热蒸发出来的制冷剂压力升高（图7-77）。喷射器的作用：一方面，提高了压缩机入口制冷剂的压力，回收了部分节流损失功；另一方面，使顺风侧蒸发器中的制冷剂压力低于迎风侧蒸发器制冷剂压力，形成更低的温度条件，减少蒸发器温差传热损失（图7-78）。

图7-77 压缩/喷射型空调制冷循环系统工作过程

图7-78 制冷效果原理

3.太阳能通风控制

当车辆在炎热的天气长时间停车，车内的温度会升高（图7-79），影响乘客再次上车时的舒适性。第三代普瑞斯在空调系统中，新增加了太阳能通风系统（图7-80）。停车后，太阳能通风系统被激活，排出车内高温气体来降低或抑制车内温度的升高。太阳能通风系统零件组成如图7-81所示。太阳能通风系统各零部件的功能见表7-4。太阳能通风系统控制电路如图7-82所示。

图7-79 车内温度升高示意图

图7-80 太阳能通风系统

图7-81 太阳能通风系统零件组成

图7-82 太阳能通风系统控制电路

表7-4 太阳能通风系统各零部件的功能

太阳能通风系统是依靠太阳能电池组件吸收阳光产生电力的，并向太阳能通风ECU和鼓风机电动机提供电力。太阳能电池组由36片电池片组成，最大输出功率为53W（图7-83）。太阳能电池组件在阳光照射量变大时，输出电量增加；当阳光照射角度小时，单位面积照射量减小，输出电量减少；当太阳能电池组件温度变低，供电量增加（图7-84）。

图7-83 太阳能电池组件参数

图7-84 太阳能电池组

太阳能通风系统启动条件：车辆电源模式为关闭；通风开关打开；电源关闭；通风开关打开的情况下大约10min后；阳光照射量大约为500W/m2或更多。太阳能通风系统关闭条件：车辆电源模式打开；通风开关关闭；阳光照射量低于500W/m2超过5min；太阳能电池组件电压≤10V或≥18V。

为了防止停车后车内冷气的流失，系统在电源开关关闭10min后开始运行。通风运行时鼓风机电动机按照太阳能电池组产生的电量来运转，并且为了提供更好的通风条件，在电源开关关闭大约1min后，空调放大器开关选择空气流入模式为FRESH（外循环），空气吹出模式为FACE（面部）。当车辆电源打开后，空调放大器会恢复上次停机前的进气模式或吹风位置（图7-85）。

图7-85 太阳能通风系统操作

太阳能通风系统检测时，需将车辆停在温度稳定、日照量充足的地方，并静置大约10min（图7-86）。通过智能检测仪菜单：车身电器→空调→数据流栏，读取系统数据（表7-5）。还可以通过测试模式激活鼓风机电动机运转（图7-87），检查太阳能ECU接收到的太阳能通风开关状态和太阳能ECU输出至鼓风机电动机占空比状态。带有太阳能通风系统的空调滤清器的更换时间需相应缩短。

图7-86 太阳能通风系统检测

表7-5 太阳能通风系统-数据流

图7-87 太阳能通风系统进入测试模式的方法

4.遥控启动

按下钥匙上的遥控空调开关（图7-88），空调系统使用来自HV蓄电池的电源，自动控制空调运行，最长运行时间3min。在驾乘人员进入车辆前，让空调系统发挥制冷功能（图7-89）。遥控空调系统控制框架图如图7-90所示。

当满足电源模式为关闭、点火开关没有被按下、档位为P位、所有车门均关闭并锁止、发动机舱盖没有打开、制动踏板没有被踩下、防盗系统没有在报警状态、HV电池状态在至少为三格、空调操作条件设定了目标温度的条件时，按下并保持遥控空调控制开关0.8s或更长时间，才能启动遥控空调系统。

图7-88 遥控空调系统运行原理

图7-90 遥控空调系统控制框架图

系统停止操作条件：当上述遥控空调系统启动操作条件不满足时，运行大约3min之后停止，当遥控空调开关在3s内连按两次。

5.环保行驶（ECO）模式

按下控制面板上的ECO模式开关，环保行驶模式被激活（图7-91）。ECO行驶模式期间，空调放大器将空调系统性能限制在规定状态（表7-6），从而提高燃油经济性。

图7-91 环保行驶模式

表7-6 环保行驶控制模式

注：ECO模式指示灯点亮，并且ECO控制模式取消条件被解除，系统工作恢复正常。