制冷系統溫控
對于一般汽車空調制冷系統,當汽車高速行駛時,壓縮機相應供給最大量制冷劑,經過在蒸發(fā)器內進行蒸發(fā)吸熱,蒸發(fā)器周圍空氣的溫度迅速降低,這時若散熱片的表面溫度降至0℃以下,周圍空氣中的水分將發(fā)生凍結,且隨著時間的延長,凍結的冰層將加厚,直至堵塞蒸發(fā)器的空氣通路。這樣由于冰層布滿蒸發(fā)器表面,使得它內部的制冷劑因不能吸收周圍空氣的熱量而不能蒸發(fā),這種液態(tài)的制冷劑送至壓縮機,將使壓縮機發(fā)生“液擊”而受到損壞。
防止蒸發(fā)器凍結,是汽車空調制冷系統必備和特有的功能,目前,主要是采取控制蒸發(fā)器表面溫度和控制制冷劑蒸發(fā)壓力的方法。常用的控制方法主要有以下幾種:
1內平衡式膨脹閥控制
內平衡式膨脹閥系統也叫做傳統空調系統,它的特征是:只要駕駛員一開動空調,電磁離合器總是嚙合,從不斷開,壓縮機始終處于運行狀態(tài),靠膨脹閥的調節(jié)把蒸發(fā)器溫度控制在0℃左右。
膨脹閥的基本結構及工作原理如圖5—33所示。溫度傳感器(感溫包)位于蒸發(fā)器的尾管處,感受蒸發(fā)器出口的溫度,當溫度升高時,溫度傳感器內氣體受熱膨脹,通過毛細管作用于膨脹閥膜片上方,使膜片上方的壓力P1增大,膜片下移。針閥與膜片聯動。針閥開啟,增加流人蒸發(fā)器的制冷劑流量。顯然,溫度越高,針閥開度越大,制冷劑流量越大。相反,溫度降低,針閥開度減小,制冷劑流量小。
膨脹閥的作用主要有兩個方面:
1.節(jié)流
制冷劑因膨脹閥節(jié)流作用產生的兩端壓力差而蒸發(fā),使制冷劑以高壓液態(tài)進,低壓氣態(tài)出,將空調系統高壓側和低壓側分開。
2.調節(jié)
根據熱負載和溫度變化,調節(jié)針閥位置,自動調節(jié)流入蒸發(fā)器的制冷劑流量。
2帶有恒溫器的內平衡式膨脹閥控制
這種系統中加有恒溫器,恒溫器放置在蒸發(fā)器表面,感受蒸發(fā)器吹出的空氣溫度,當空氣溫度降到其預設的溫度(一般為0~4℃)時,恒溫器便會自動切斷離合器電磁線圈回路中的電流,壓縮機就停止工作。恒溫器可采用機械式和熱敏電阻式兩種。目前,后者應用已很廣泛。帶有恒溫器的內平衡式膨脹閥控制系統如圖5—34所示。
3帶有恒溫器的內平衡式H形膨脹閥控制
由于內平衡膨脹閥制冷系統需要用毛細管來感測蒸發(fā)器出口的溫度,從而調節(jié)制冷劑流量,因此是間接感測蒸發(fā)器出口的溫度,特別是當毛細管比較長時,內平衡膨脹閥的控制精度受到環(huán)境溫度以及其他因素的影響。而采用H形膨脹閥的制冷系統便解決了這一問題。H形膨脹閥外形圖如圖5—35所示。
H形膨脹閥制冷系統如圖5—36所示,系統的工作過程如下:壓縮機首先將制冷劑壓縮后輸送到冷凝器冷卻液化,經過儲液/干燥器后再進入H形膨脹閥,先進行節(jié)流減壓,然后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱。制冷劑蒸發(fā)成氣體后再次進入H形膨脹閥,從閥中出來后回到壓縮機再循環(huán)。由此可見,H形膨脹閥同內平衡膨脹閥一樣,能夠根據溫度自動調節(jié)供給蒸發(fā)器的制冷劑流量。
H型膨脹閥制冷系統目前已為許多著名的汽車廠家所采用,例如北京切諾基吉普車、奔馳230E型汽車、克萊斯勒汽車等。
H形膨脹閥的結構示意圖如圖5—37所示。從圖中可見,在高壓液體進口和出口之間,有一個球閥控制的節(jié)流孔,節(jié)流孔的開度大小由彈簧和溫度傳感器控制。溫度傳感器內部的制冷劑直接感受從蒸發(fā)器出來的蒸汽溫度,以控制下部節(jié)流孔的開度。因此這種結構使控制精度很少受到環(huán)境溫度以及其他因素的影響。
4膨脹管式控制
一般小轎車的空調大部分時間處于穩(wěn)定工況,不需要采用敏感的膨脹閥來控制制冷劑的流量,而改用膨脹管代替膨脹閥。膨脹管僅起節(jié)流降壓作用,而不能調節(jié)制冷劑的流量。此時車內溫度控制直接依靠控制壓縮機的開停來實現,也叫做循環(huán)離合器系統。這種類型的制冷系統不但可以獲得較好的制冷效果,同時還可以避免壓縮機在不必要時的工作,降低油耗。由于膨脹管中沒有運動部件,與膨脹閥相比,有更高的可靠性,且壽命長。
膨脹管制冷系統中,用集液器代替儲液/干燥器。使壓縮機容易起動,系統節(jié)能明顯、壓縮機壽命延長。膨脹管制冷系統如圖5—38所示。
由圖可見,在目前的膨脹管制冷系統中,已不再使用恒溫器,而是在集液器上裝一個壓力開關,以感測蒸發(fā)器出來的壓力,當蒸發(fā)壓力低于限定值時,低壓開關便切斷電磁離合器電路,使壓縮機停止運轉。
5蒸發(fā)器壓力控制
由于恒溫器控制的離合器循環(huán)制冷系統,是通過壓縮機的間斷工作來達到防止蒸發(fā)器結冰的目的,所以汽車空調的溫度波動比較大,影響了其舒適性。另外,壓縮機的頻繁起動,亦影響發(fā)動機工況的穩(wěn)定,還易造成離合器的損壞。采用吸氣節(jié)流閥的方式來控制蒸發(fā)器壓力的制冷系統,便能克服上述缺點。
因飽和溫度和壓力有著一一對應的關系,若控制器在0℃時對應的制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力不再降低,便可以防止蒸發(fā)器表面結冰。因此時壓縮機仍在運行,所以蒸發(fā)器內的制冷劑還在蒸發(fā),不過其制冷量只需維持其表面不結冰的狀況即可。這樣,輸送出的冷氣量仍然能保持車內的溫度和濕度處于一個相對平衡狀態(tài)。上述制冷系統稱為蒸發(fā)器壓力控制的制冷系統,是中高級轎車上廣泛采用的形式。
1.采用外平衡膨脹閥
與內平衡膨脹閥的方式相比它們的結構、功能大致相同,只是平衡方式不同。內平衡膨脹閥膜片下面的平衡壓力是從節(jié)流后的蒸發(fā)器入口處導入,與溫度傳感器的蒸發(fā)器出口壓力存在誤差。
外平衡式膨脹閥膜片下面的平衡壓力是從蒸發(fā)器出口處經外平衡管導入,如圖5—39所示。其壓力和感溫包在蒸發(fā)器出口感測的壓力相匹配,兩者不存在壓力誤差。
2.先導閥調節(jié)的吸氣節(jié)流閥
吸氣節(jié)流閥控制的制冷系統加圖5—40所示。在這種系統中,蒸發(fā)器中制冷劑蒸汽壓力由吸氣節(jié)流閥控制,當蒸發(fā)器的溫度下降到0℃時,吸氣節(jié)流閥會自動關閉蒸發(fā)器的出口,這樣只有極少量蒸汽被壓縮機吸進,以用來保持蒸發(fā)器的壓力在0℃對應的飽和壓力,防止蒸發(fā)器結冰。當蒸發(fā)器出口被關閉時,壓縮機可能因缺少潤滑油而損壞。為了預防發(fā)生這種狀況,在蒸發(fā)器的底部設置有一條溢油管通入壓縮機,同時,也允許有少量的制冷劑通過溢油管進人壓縮機,防止壓縮機空載運行。
蒸發(fā)器壓力控制的制冷系統,與恒溫器控制的離合器循環(huán)系統最大的區(qū)別是:
當蒸發(fā)器溫度降到0℃以下時,制冷系統仍在運行,不斷地向車內輸送冷氣,車內的溫度始終保持在一個平穩(wěn)范圍內,車內空調舒適性較好。當然,由于壓縮機連續(xù)運行,就要不斷消耗發(fā)動機的功率,所以相應地經濟性較差,耗油量大。