【2017年整理】第三章 汽车空调制冷系统的温度控制

1、第三章 汽车空调制冷系统的温度控制对于一般非独立式汽车空调制冷系统，当汽车高速行驶时，压缩机相应供给最大量制冷剂，经过在蒸发器内进行蒸发吸热，蒸发器周围空气中的相对湿度随蒸发器温度的降低而增加，此时在蒸发器翅片上的相对湿度可达 100。这时若翅片的表面温度又降至 0以下时，翅片表面凝结的水将发生冻结，且随着时间的延长，空气中在翅片上的凝结水的增多，冻结的冰层将加厚，盖至堵塞蒸发器的空气通路。这样由于冰层布满蒸发器表面，使得它内部的制冷剂因不能吸收周围空气的热量得到蒸发，这种液态的制冷剂送至压缩机，将使压缩机发生“液击”而受到损坏。防止蒸发器冻结，是汽车空调制冷系统必备和特有的功能。事实上防止蒸发器冻结，关键是控制蒸发器的温度。这样，汽车空调制冷系统的控制，实质上便是蒸发器温度的控制。目前，主要是采取控制其表面温度和制冷剂蒸发压力的方法。这两种方法均是通过节流装置和蒸发器控制阀、恒温器来实现的。因此，汽车空调制冷系统分为离合器循环控制系统和蒸发器压力控制系统，或介于二者之间的系统。第一节 恒温器控制的离合器制冷循环系统所谓恒温器控制的离合器制冷循环系统，就是将恒温器设定在预定的温度范围内

2、，当超过阈值时，切断或接通电磁离合器，使压缩机处于通一断循环状态的一种控制系统。该系统一般使用在经济型轿车、卡车空调上。离合器制冷循环系统根据使用膨胀阀的不同，包括如下几种制冷系统。一、内平衡膨胀阀系统的工作原理图 3-1 是内平衡膨胀阀系统的工作原理图。压缩机将制冷剂压缩成高压蒸气，然后将它输送到冷凝器中进行冷却。在这个过程中，制冷剂将热量传递给出去后液化，在储液干燥器经过滤、干燥后再送至内平衡膨胀阀内，节流降压后送到蒸发器蒸发、吸热。蒸发后的制冷剂低压蒸气被压缩机吸入后再度压缩，进入了下一个工作循环。图 3-1 内平衡膨胀阀系统l-内平衡膨胀阀； 2-储液干燥器； 3-冷凝器；4-压缩机； 5-毛细管感温包；6-蒸发器；7-电磁线圈； 8-恒温器； 9-蓄电池当蒸发器的温度比较高时，内平衡膨胀阀的节流孔相应开度较大，便可输送较多制冷剂到蒸发器，这样制冷量就增大。当蒸发器温度较低时，内平衡膨胀阀输送的制冷剂到蒸发器便减少，蒸发器的制冷量就减小。但在蒸发器的温度下降到 0以下，吹出的冷风在 04时，恒温器便会自动切断离合器电磁线圈回路中的电流，压缩机就停止运行，这样便可防止蒸发器发生冻

3、结。结果就会导致蒸发器温度回升，但当温度升高到恒温开关设定的温度时，恒温器便会自动接合。离合器的电磁线圈通电，压缩机又开始运行，蒸发器恢复制冷。内平衡膨胀阀系统便是这样通过恒温器和内平衡膨胀阀的开度变化来控制蒸发器的温度，保证制冷系统的正常工作。1机械式恒温器的结构与工作原理机械式恒温器的结构如图 3-2 所示。主要由感温系统、调温装置和触点开关三部分组成。图 3-2 机械式恒温器结构图l-接线柱； 2-温差调节螺钉； 3-动触点； 4-静触点； 5-调温螺钉；6-固定架； 7-调温轴； 8-控温板； 9-主弹簧； 10-调温凸轮；l1-毛细管； 12-膜盒； 13-杠杆感温系统由毛细管和波纹管（或波纹膜片）二部分构成，里面充注感温剂，汽车空调一般充注 R12。感温毛细管的一端用钢丝固定在蒸发器尾端翅片之间，以感受其表面通道的空气温度。它的主要功能是通过内部工质的温度变化，导致感温系统内的工质压力发生变化，从而使波纹管伸长或缩短。调温装置由凸轮、转轴、调节螺钉几部分组成。功能是能在温度控制范围内，从最低温度到最高温度的范围内动作，恒温器触点的断开点是随调节轴调定的位置变化而改变。触点开

4、关主要由触点、弹簧、杠杆几部分组成。功能是执行由控制机构传来的动作信号，通过触点的通、断来接通或断开电磁离合器的电路。机械式恒温器的优点是工作可靠，寿命长，价格便宜，不怕振动，所以特别适于汽车空调和家用空调等的结构。其工作原理见图 3-3。图中触点是断开位置，压缩机停止运行。这时蒸发器表面温度逐渐升高。与此同时，毛细管内工质温度也随之升高，管内压力逐步增大。波纹膜盒受压伸长，带动了杠杆向左运动，触点随之向上运动。当离合器电路接通，压缩机开始运行。图 3-3 机械式恒温器工作原理l-电磁离合器线圈； 2-偏心弹簧； 3-毛细管；4- 波纹管； 5-轴； 6-调节凸轮； 7-调节弹簧； 8-调节螺钉； 9-触点； 10-蓄电池当压缩机运行后，蒸发器表面温度开始下降，毛细管内的工质温度亦下降，波纹膜盒收缩，带动杠杆向右运动。在弹簧力作用下拉开活动触点，离合器电路断开，压缩机停止运行。这样由于恒温器的通断控制作用，离合器便不断地循环开合，使通过蒸发器表面的空气保持在一定的范围内。控制温度的高低，可以通过调节凸轮的位置和调节弹簧的作用力来实现。2热敏电阻式温度控制器随着热敏电阻可靠性的提高，汽车

5、空调应用热敏电阻作为传感器的电子温度控制器也愈来愈多。这种温度控制器所用的感温元件是一支小圆片形的热敏电阻，它安装在蒸发器的出风口位置。由它把温度的变化转换为电信号，传送到放大器进行放大，通过继电器控制电磁离合器的通断电路。图 3-4 是热敏电阻式温度控制器的工作原理图。热敏电阻 R 安装在最能反映蒸发器表面温度的位置。当采用的热敏电阻特性为负温度系数时，蒸发温度较高，则热敏电阻值减小，复合晶体管 VT1 和 VT2 导通，继电器 J 触点闭合，接通电磁离合器线圈，压缩机运行。反之，当蒸发器温度降到 0，复合晶体管 VT1 和 VT2 截止，继电器 J 触点断开，压缩机停止工作，从而保证蒸发器表面不结冰。可变电阻 W 的作用是调整电路对温度变化的起控点。图 3-4 热敏式温度控制器原理图内平衡膨胀阀的结构如图 3-5 所示。它由调节机构、感温系统和节流口几部分组成。图 3-5 内平衡膨胀阀结构l-感温包； 2-顶杆； 3-支承片； 4-毛细管；5- 金属膜片； 6-滤网； 7-孔口； 8-阀心；9-弹簧； 10-出口； 11-内平衡孔节流孔的功能是将制冷剂节流后降压，以便蒸发器低温吸热

6、。孔径一般为 1mm 左右，调节机构由阀体、阀座、顶杆、弹簧等几部分组成，感温系统则由金属膜片、毛细管、温包所组成，金属膜片、毛细管和温包内部均充满感温工质（一般充注 R12） ，由它来推动膜片上下运动，带动顶杆推动阀心运动，使孔口的开度发生变化，以控制制冷剂流量的大小。其工作原理如下：金属膜片受到三个力的作用。上表面受到感温包内蒸气的压力，此力产生向下的推力，欲打开阀芯，使制冷剂流量增大；下表面受到向上的蒸发压力（即节流后的液体压力）和弹簧力，力图关闭孔口。当感温包紧贴在蒸发器出口时，由于感应到蒸发器的温度比较高，这样感温系统的内腔压力便会增大，克服弹簧力和蒸发压力的作用，使阀芯下移，孔口开度增大，制冷剂流童增大，加大制冷量。结果导致蒸发压力下降，弹簧压力增大，三个力在新条件下达到平衡。反之，感温包感应到蒸发器出口的温度低，因膜片上表面的蒸气压力变小，阀芯上移，制冷剂的流量减少，使蒸发器制冷量相应减少。节流后的压力是通过内平衡孔进入膜片下表面的，这个压力只是节流后的压力，它比蒸发器出口的压力略大。相对外平衡阀来说，这种阀被称为内平衡膨胀阀。当汽车空调不工作时，由于感温包的蒸气压力增加

7、比蒸发器增加快，故阀心开始时是打开孔口的。但是，随着时间的延长，蒸发器内温度增加，两者压力平衡，弹簧力使阀口关闭。所以，内平衡膨胀阀的阀口在空调器不工作时，是保持关闭状态的，这样有利于保护压缩机在重新工作时不发生液击现象。内平衡膨胀阀可以保证供给车内最大制冷量时所需的制冷剂流量，一般说来这种制冷系统的制冷量都比较小，是日前应用得最广泛的一种离合器制冷循环控制系缆，技术比较成熟。它为普通轿车和轻型货车所采用，也可为大多数原先没有空调的改装车所采用。内平衡膨胀阀系统的最大特点是简单、价廉、维修方便。二、恒温器 H 形膨胀阀控制的制冷系统由于内平衡膨胀阀制冷系统需要用毛细管来感测蒸发器出口的温度高低的方法调节供应蒸发器的制冷剂流量，特别是当毛细管比较长时，以及毛细管是间接感测蒸发器出口的温度，所以内平衡膨胀阀控制精度受环境温度以及其他许多因素的影响，而采用 H形膨胀阀制冷系统便解决了这一问题。1H 形膨胀阀制冷系统的工作原理本系统是离合器制冷循环系统之一，它采用恒温器和 H 形膨胀阀共同完成制冷系统的循环通断运行。工作原理如图 3-6 所示。图 3-6 H 形膨胀阀制冷系统l-H 形膨胀阀；

8、 2-储液干燥器； 3-冷凝器； 4-压缩机；5-电磁线圈；6-恒温器； 7-蓄电池； 8-蒸发器压缩机首先将制冷剂压缩后输送到冷凝器冷却液化，经过储液干燥器后再进入 H 形膨胀阀，先进行节流减压，然后进入蒸发器蒸发吸热。制冷剂蒸发成气体后再次进入 H形膨胀阀，从阀中出来后回到压缩机再循环。当蒸发器的温度过低，感温器感测到后，恒温器切断离合器的电磁线圈电路，压缩机停止运行。温度升高后，恒温器又自动接通离合器电路，压缩机又开始运行。由此可见 H 形膨胀阀同内平衡膨胀阀一样，能够根据蒸发气体的温度来自动调节供给蒸发器的制冷剂量。H 形膨胀阀制冷系统目前已为许多著名的汽车厂家所采用，例如北京切诺基吉普车、奔驰 230E 型汽车、克莱斯勒汽车等。2H 形膨胀阀的构造及工作原理H 形膨胀阀是因为它的内部通路像 H 字母而得名，见图 3-7。在一个方形阀体端面，右方进液管与储液干燥器相连，左方出气管与压缩机进气孔相连。阀体的另一端与标准蒸发器的进液接口和出气口相接近。整个阀体可以在蒸发器上固定。从图中可以看出，在高压液体进口和出口之间，有一个球阀控制的节流孔，节流孔的开度大小由弹簧和感温器控制。感

9、温包内部的制冷剂直接感受从蒸发器出来的蒸气温度，以控制杆下部球阀的上下运动，并与弹簧一起控制流量的大小。当蒸发器的温度高时，感温包内制冷剂压力增大，克服弹簧压力，球阀开度增大，制冷剂流量增加，制冷量增大。反之亦然。克莱斯勒公司把低压开关、恒温器一起装在 H 形膨胀阀上。H 形膨胀阀制冷系统，能够在工作时调节蒸发器的过热度。即在工作时将发动机调到并稳定在 2000r/min，利用压力表首先测定其低压端压力，然后拧动调整螺栓，调至使其低压蒸气压力比对应的饱和温度高出 3的压力即可。图 3-7 H 形膨胀阀1-感温器； 2-弹簧； 3-调整螺柱； 4-球阀3H 形膨胀阀制冷系统的优点l）安装简单，不需要绝热处理的毛细管温包系统结构也很紧凑（因它直接将恒温器、压力保护开关安装在一起） 。2）可靠性高。因 H 形膨胀阀直接安装在蒸发器上，接头少，泄漏制冷剂的机会大为减少，所以不怕汽车的震动，运行事故少。3）维修调试方便。三、恒温器孔管（CCOT）控制的制冷系统孔管（CCOT）制冷系统也是离合器制冷循环系统的一种。1974 年由美国通用汽车公司发明，以用来代替较复杂的膨胀阀，目前普遍采用在 R134a 制冷系统中。CCOT 系统是英文 Cycling Clutch Orifile Tube 的缩写。1孔管（CCOT）的工作原理孔管（CCOT）制冷系统用恒温器来控制离合器电路，以达到控制压缩机的运行，控制蒸发器的温度，防止其发生冰堵的目的。本系统最大的特点是用节流孔管来取代了复杂的膨胀阀，用集液器取代了储液干燥器，所以结构极其简单。CCOT 系统工作原理如图 3-8 所示。图 3-8 CCOT 制冷系统1-冷凝器； 2-压缩机； 3-集液器； 4-溢油孔； 5-电磁离合器； 6-恒温控制器； 7-蒸发器； 8-蓄电池； 9-孔管制冷剂经压缩成高压，在冷凝器里液化成高压液体后，经过孔管的节流降压作用，又变为低压的低压制冷剂，在蒸发器内吸热蒸发成气体。由于孔管不具备调节液体流量的功能，所以当压缩机高速运转时，蒸发器有可能蒸发不彻底，在其出口出现液态制冷剂。为了避免压缩机发生“液击”损坏，所以蒸发器出口处安装一个集液器，多余的液态制冷剂在此再蒸发成气体，送到压缩

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