如同家用空调一般，汽车空调制冷的工作原理同样是制冷剂通过压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，依次循环经历压缩（压缩机）、放热（冷凝器）、节流（膨胀阀）和吸热（蒸发器）这四个阶段，进而把车内（室内）的热量散发到车外（室外），以此来达成降低车内（室内）温度的目的。其工作原理如图 3 所示，在这里面，红色部分的部件都安装在车厢外（通常位于发动机舱），这就相当于家用分体式空调的室外机；而蓝色部分的部件安装在车厢内，也就相当于家用分体式空调的室内机。

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具体来说，制冷剂在压缩机中被压缩成高温高压气体，然后进入冷凝器散热变成高压液体，接着通过膨胀阀节流降压成为低温低压液体，最后在蒸发器中吸收车内热量变为低温低压气体，如此循环往复，不断实现车内温度的降低。这种工作原理的理解对于汽车空调的正确使用和维护都具有重要意义。