汽车空调的制冷系统

时间：2023-11-05 百科知识版权反馈

【摘要】：汽车空调制冷系统是利用液态物质的蒸发吸热从而对车内的空气进行冷却降温。汽车空调冷凝器的作用是把压缩机排出的高温、高压制冷剂气体通过冷凝器将热量散发到车外空气中，从而使高温、高压的制冷剂气体冷凝成较高温度的高压液体。汽车空调的节流膨胀装置主要是热力膨胀阀，是一种自动调节制冷剂流量的元件。

8．2　汽车空调的制冷系统

汽车空调制冷系统是利用液态物质的蒸发吸热从而对车内的空气进行冷却降温。汽车空调原来使用氟里昂12(R12)作制冷剂，由于发现氟里昂12(R12)是破坏大气臭氧层的主要物质之一而被禁用;现代汽车空调系统多采用R134a作为制冷工质。汽车空调制冷装置分为发动机驱动式和副发动机驱动式，发动机驱动式是以汽车发动机作为制冷装置压缩机的动力源，由汽车发动机通过传动带传动驱动压缩机运转，轿车、普通载货汽车和面包车等均采用这种类型;副发动机驱动式则用于大型客车的制冷系统，因大型客车所需要的制冷量大，需要的驱动功率大，故另设一台专用发动机来驱动压缩机运转。

8．2．1　制冷系统的组成

制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、储液干燥器、输液(气)管等组成。汽车空调制冷系统的组成如图8－1所示:

1－压缩机　2－低压阀　3－感温包　4－蒸发器　5－冷气　6－膨胀阀　7－储液干燥器　8－冷凝器　9－迎面风　10－发动机冷却风扇　11－热风　12－鼓风机

图8－1　汽车空调制冷系统的组成

8．2．2　各组成部件的结构原理

1．空调压缩机

压缩机是制冷回路的心脏，它起到输送和压缩气态制冷剂、保证制冷循环正常工作的作用。汽车空调压缩机采用容积型压缩机，大多是斜盘式压缩机和可变容量式压缩机，利用活塞在汽缸中作往复运动来改变压缩室的容积吸入制冷剂和增压。

(1)斜盘式压缩机的结构原理。斜盘式压缩机的结构组成如图8－2所示:

1－主轴　2－活塞　3－钢球　4－支承盘　5－外壳　6－旋转斜盘　7－吸簧　8－外放泄阀板　9－轴封　10－离合板及毂　11－密封座　12－滑动轴承　13－带滑轮　14－离合器线圈及外壳　15－前端盖　16－汽缸的前半部　17－推力座圈　18－推力轴承　19－推力座圈　20－汽缸后半部　21－油池　22－吸油管　23－后端盖　24－油泵齿轮

图8－2　斜盘式压缩机的结构

斜盘式压缩机的工作原理如图8－3所示:

压缩机轴旋转时，斜盘做左右摇摆运动，斜盘通过钢球驱动双头活塞，在前、后汽缸中作往复运动，进行吸气和压缩过程，使气态制冷剂压力提高。斜盘式压缩机结构紧凑、转动扭矩小、运动的平衡性较高、效率高、性能可靠，最适合小型高速车辆使用。当压缩机的轴转动时，同时驱动油泵把曲轴箱中的润滑油泵入轴的油道，压入到各轴承、油封、活塞驱动球、球盘等需要润滑的部件。

(2)可变容量式压缩机的结构原理。由于空调压缩机转速随发动机转速而变化，从节约能源等方面考虑，出现了可变容量式压缩机，能够根据蒸发器制冷负荷的变化自动调节排量。

日本丰田佳美20系列轿车采用的可变容量压缩机，是在10缸旋转斜盘压缩机的基础上增加了一套可变排量机构，能使压缩机在全容量(100%)或半容量(50%)两种状态下工作。

图8－3　斜盘式压缩机的工作原理

可变排量机构主要由柱塞、电磁阀、电磁线圈、单向阀和排出阀组成。如图8－4所示:

压缩机在全容量工作时，电磁线圈不通电，电磁阀在弹簧弹力的作用下，将a孔打开，b孔关闭，高压制冷剂经过旁通回路，从a孔进入柱塞的右侧，使柱塞右侧压力增大。因此，柱塞克服弹簧弹力，向左移动，排出阀挤压在阀盘上。于是，压缩机的10个汽缸都工作，此时在压缩机后部产生的高压将单向阀向上推起，来自压缩机后部的高压气体与来自压缩机前部的高压气体一起流至冷凝器。

1－单向阀　2－旁通回路　3－电磁线圈　4－电磁阀

图8－4　压缩机全容量工作

5－柱塞　6－排出阀　7－阀盘　8－弹簧　9－低压制冷剂　10－旋转斜盘　11－活塞　12－高压制冷剂

图8－5　压缩机半容量工作

可变排量压缩机半容量工作时，电磁线圈通电，电磁阀阀心在磁场力的作用下上移，将a孔关闭，b孔打开。高压制冷剂不能经过旁通回路进入柱塞的右侧，作用于柱塞右侧的压力降低，柱塞在弹簧弹力的作用下回到右侧，排出阀离开阀盘，使压缩机后部的5个汽缸停止工作。此时单向阀被前后压差吸出，关闭后部高压气体的排出通道，防止压缩机前部的高压气体回流。当压缩机停止工作时，高压端和低压端内部压力逐渐平衡，柱塞被弹簧弹力推回右侧。单向阀随高压端压力下降而落下，关闭在后部的高压制冷剂排出通道，排出阀和单向阀以半容量工作。当压缩机启动时，以半容量工作，从而减小压缩机启动时的震动。如图8 －5所示。

2．冷凝器

汽车空调冷凝器的作用是把压缩机排出的高温、高压制冷剂气体通过冷凝器将热量散发到车外空气中，从而使高温、高压的制冷剂气体冷凝成较高温度的高压液体。从压缩机压出高温约80℃、高压约1．5 MPa的气态制冷剂流入冷凝器芯管中，在风扇转动或车辆行驶时空气吹过冷凝器，冷却芯管中的制冷剂变为中温约40℃、高压约1．1 MPa的液态制冷剂。与发动机的冷却水散热器相比较，承受的压力比发动机的冷却水散热器高。冷凝器由铜管或铝管制成芯管，并在芯管周围焊接散热片，多数车辆的冷凝器安装在发动机水箱的前方，也有的装在车顶上。

冷凝器的散热面积通常比蒸发器大1倍，冷凝器的散热面积越大，冷却效果越好。为了保证更好的冷却效果，提高制冷能力，常在冷凝器前装有电控辅助风扇，增强冷凝器的散热效率。安装冷凝器时，注意从压缩机排出的制冷剂必须由冷凝器的上端入口进入，其出口必须在下方，否则会引起制冷系统压力升高，导致冷凝器胀裂的危险。冷凝器一般采用平行流式，如图8－6所示。

1－圆通集管　2－铝制内肋扁管　3－波形散热翘片　4－连接管　5－接头

图8－6　平行流冷凝器

平行流冷凝器由圆筒集管、铝制内肋扁管、波形散热翘片及连接管组成，是为适应制冷剂R134a而研制的新结构冷凝器。平行流冷凝器工作原理如图8－7所示。

平行流冷凝器在两条集流管间用多条扁管相连，将几条扁管隔成一组，形成进入处管道多，逐渐减少每组管道数，实现了冷凝器内制冷剂温度及流量分配均匀，提高了换热效率，降低了制冷剂在冷凝器中的压力损耗，这样就可减少压缩机功耗。由于管道内散热面积得到了充分利用，对于同样的迎风面积，平行流散热器的换热量得到了提高。

图8－7　平行流冷凝器工作原理

3．膨胀阀

汽车空调的节流膨胀装置主要是热力膨胀阀，是一种自动调节制冷剂流量的元件。膨胀阀的工作特性好坏，直接影响整个制冷系统能否正常工作，它以蒸发器出口的过热度为信号，自动调节制冷系统的制冷剂流量，因此，它是以发信器、调节器和执行器组合成一体的自动调节器。具体地说，热力膨胀阀一般有3个作用:

(1)节流降压: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、低压雾状制冷剂进入蒸发器，将制冷剂分成高压侧和低压侧。

(2)自动调节制冷剂流量:大多数汽车空调制冷系统在运行过程中，其冷负荷是变化的。如系统刚开始降温时，车内的温度较高，这时就要求蒸发器的制冷剂流量增大，而当车内温度较低时，冷负荷减少了，这时要求蒸发器的制冷剂流量减小。因此，热力膨胀阀的作用需根据系统冷负荷需要调节制冷剂流量，使制冷系统能正常地工作。

(3)控制制冷剂流量，防止液击和异常过热发生:膨胀时以感温包作为感温元件控制流量大小，保证蒸发器尾部有一定量的过热度，从而保证蒸发器容积的有效利用，避免液态制冷剂进入压缩机而造成液击现象，同时又能控制过热度在一定范围内。

热力膨胀阀有内平衡和外平衡两种形式，下面以外平衡式膨胀阀为例说明热力膨胀阀的结构原理。外平衡式热力膨胀阀主要由上阀体、下阀体、阀针、弹簧、薄膜、感温包、外平衡管接头等组成。其结构如图8－8所示:

外平衡式膨胀阀的工作原理如图8－9所示。

图8－9中P为感温包感受到的蒸发器出口温度相对应的饱和压力，P'为蒸发器出口蒸发压力，W为过热调整弹簧的压力。当车室内温度处在某一工况时，膨胀阀处在一定开度，P、P'和W应处在平衡状态，即P= P'+W。如果车内温度升高，蒸发器出口过热度增大，则感受温度上升，相应的感应压力P也增大，这时P＞P'+W。因此，波纹膜片向下移，推动传动杆使膨胀阀孔开度增大，制冷剂流量增加，制冷量也增大，蒸发器出口热度相应下降。相反，如果蒸发器出口处过热度降低，则感受温度下降，相应的饱和压力也减小，这时P＜P＇+ W，使波纹膜片上移，传动杆也随之上移，膨胀阀的阀孔开度减小，制冷剂流量减小，制冷量也减小，蒸发器出口过热度也相应上升，满足了蒸发器变化的需要。由于在蒸发器出口处和膨胀阀波纹膜片下方引有一个外部均压管，所以称此膨胀阀为外平衡式热力膨胀阀。

1－阀针　2－下阀体　3－垫　4－调节齿轮　5－弹簧　6－上阀体　7－薄膜　8－感温包　9－平衡管接头

图8－8　外平衡式热力膨胀阀的结构

1－蒸发器　2－感温包　3－外部均压管　4－毛细管　5－膨胀阀　6－波纹管　7－过热调整弹簧　8－调整螺管

图8－9　外平衡式膨胀阀的工作原理

4．蒸发器

蒸发器的作用与冷凝器的作用相反，制冷剂起吸热作用，流经蒸发器的空气受到冷却，制冷系统工作时，高压液态制冷剂通过膨胀阀膨胀而压力降低，变成湿蒸汽进入蒸发器芯管，吸收散热片及周围空气的热量。

蒸发器有管片式、管带式和层叠式3种结构。管片式蒸发器结构简单、加工方便，但换热效率比较差。管带式蒸发器工艺复杂，但换热效率比管片式蒸发器高。层叠式蒸发器由冲压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，加工难度最大，换热效率也最高。管片式蒸发器与管带式蒸发器的结构如图8－10;层叠式蒸发器的结构如图8－11所示。

图8－10　管片式蒸发器与管带式蒸发器的结构

图8－11　层叠式蒸发器的结构

5．储液干燥过滤器

储液干燥过滤器的作用是存储制冷剂，除去制冷剂中的水分，过滤制冷剂中的杂质。储液干燥过滤器，如图8－12所示:

储液干燥过滤器主要由玻璃观察窗、吸取管、粗过滤器、干燥剂、过滤器及壳体组成。玻璃观察窗用以观察制冷剂是否够量，若观察窗很明净，表示系统制冷剂够量;若出现气泡，说明系统内进入了空气或制冷剂不足;若看到乳白色雾状物，表示干燥剂已从储液干燥过滤器中逸出，随制冷剂一起在系统中循环。有些储液干燥过滤器上装有易熔塞，如图8－12所示。若因冷凝器散热不良或其他零部件过热使其温度急剧上升，当储液干燥过滤器的温度升至100℃～156℃，压力高达3．0MPa时，易熔塞的低熔点易熔合金就会熔化，从而排泄系统中的高温、高压制冷剂，防止制冷系统中其他机件的损坏，如连接软管破裂。

6．管路

管路把制冷系统各元件连成一个封闭系统。由于发动机在工作时会产生抖动，安装在发动机上的压缩机也会随之抖动，因此汽车空调装置中与压缩机进、排气接头相连的管路都采用橡胶软管。此外，走向复杂地方的金属管不容易满足要求，也使用橡胶软管，因为橡胶软管具有很好的随和性。但橡胶软管最大的缺点是容易泄漏，所以应尽量少用或不用，而多用金属管。