汽车空调制冷系统主要由压缩机总成、蒸发器总成、冷凝器总成等构成(图2-2)。
由发动机驱动的压缩机将气态的制冷剂从蒸发器中抽出,并将其压入冷凝器。高压气态制冷剂经冷凝器时液化而进行热交换(释放热量),热量被车外的空气带走。高压液态制冷剂经膨胀阀的节流作用而降压,低压液态制冷剂在蒸发器中气化而进行热交换(吸收热量),蒸发器附近被冷却了的空气通过鼓风机吹入车厢。气态制冷剂又被压缩机抽走,泵入冷凝器,如此使制冷剂进行封闭的循环流动,不断将车厢内的热量排到车外,使车厢内的气温降至适宜的温度(图2-3)。
一、压缩机的作用及工作原理1.压缩机的作用压缩机(图2-4)是汽车空调制冷系统的“心脏”,其作用是维持制冷剂在制冷系统中的循环,吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸气,压缩制冷剂蒸气使其压力和温度升高,并将制冷剂蒸气送往冷凝器。
2.压缩机的工作原理(1)定排量压缩机(图2-5)。定排量压缩机的排气量随着发动机转速的提高而成比例提高,它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出,而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号,当温度达到设定的温度时,压缩机电磁离合器松开,压缩机停止工作;当温度升高后,电磁离合器结合,压缩机开始工作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制,当管路内压力过高时,压缩机停止工作。
(2)变排量压缩机(图2-6)。变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号,而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中,压缩机始终是工作的,制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时,压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比,这样就会降低制冷强度;当高压端压力下降到一定程度,低压端压力上升到一定程度时,压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。
(3)常见压缩机的结构和应用。
①曲柄连杆式压缩机。曲柄连杆式压缩机由气缸垫、气缸套、活塞、连杆轴承、曲轴、放油螺塞等组成(图2-7)。
曲柄连杆式压缩机无法实现较高转速,机器大而重,不容易实现轻量化;
排气不连续,气流容易出现波动,而且工作时有较大的振动,所以已经很少有小排量压缩机采用这种结构型式,曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。
②旋叶式压缩机。旋叶式压缩机由压板、皮带轮、电磁线圈、轴承、转子、叶片、阀片组、定子、O形密封圈、过滤板座等组成(图2-8)。
作为第3代压缩机,由于旋叶式压缩机的体积和重量可以做得很小,易于在狭小的发动机舱内进行布置,加之噪声和振动小以及容积效率高等优点,在汽车空调系统中得到了一定的应用。但是旋叶式压缩机对加工精度要求很高,制造成本较高。
③涡旋式压缩机。涡旋式压缩机由皮带轮、钢球、进气口、排气口、排气阀、动涡旋体、静涡旋体、缸体等组成(图2-9)。
涡旋式压缩机可以称为第4代压缩机。涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠等优点,在小型制冷领域获得越来越广泛的应用,也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。
二、蒸发器的作用及工作原理1.蒸发器的作用蒸发器(图2-10)的作用是将从膨胀阀出来的低压制冷剂蒸发而吸收车内空气的热量,从而达到车内降温的目的。蒸发器有管片式、管带式和层叠式。目前我国轿车上主要采用全铝层叠式和管带式蒸发器,大型客车上主要采用铜管铝片式蒸发器,中型客车上几种型式都有,以管带式为主。
2.蒸发器的工作原理从膨胀阀或节流孔管流出、直接进入蒸发器的制冷剂由于体积突然膨胀而变成低温低压雾状物微粒液体。这种状态的制冷剂很容易气化,气化时将吸收周围大量的热量,空调风机强制使进入车内的空气从蒸发器表面流过,通过管片将热量传给蒸发器内的制冷剂,通过吸收热量使液态的制冷剂气化。
三、冷凝器的作用及工作原理1.冷凝器的作用冷凝器(图2-11)最重要的作用就是完成制冷系统的热量交换。冷凝器是汽车空调中的散热装置,将压缩机压缩过程中冷媒产生的热量发散到车外空间中,使压缩机出来的高温高压气体变为中温高压液体。
2.冷凝器的工作原理制冷剂被压缩机压缩到冷凝器,冷凝器的末端有毛细管,毛细管会产生阻力,使从压缩机压缩过来的气态制冷剂液化而达到放热的效果。
四、储液干燥器的作用及工作原理1.储液干燥器在空调系统中的作用
由于汽车空调正常工作时,制冷剂的供应量大于蒸发器的需要量,所以高压侧液态制冷剂有一定的储存量;同时,随着季节的变化,在系统不运行或检修、更换系统内的零件时,可以将系统中的制冷剂收入到高压侧进行储存以免制冷剂泄漏。因此在汽车空调制冷系统中,需设置储液干燥器(图2-12)来临时存储冷凝器液化的制冷剂并进行干燥和过滤处理。
储液干燥器用于膨胀阀式制冷循环,其具体作用体现在以下3个方面。
(1)储存制冷剂。接收从冷凝器来的液体并加以储存,根据蒸发器的需要提供所需制冷剂量。
(2)过滤杂质。将系统中经常出现的杂质、脏物,如锈迹、污垢、金属粒等过滤掉,这些杂质、脏物会损伤压缩机气缸壁和轴承,还会堵塞过滤网和膨胀阀。
(3)吸收湿气。汽车空调制冷系统中湿气要求越少越好,因为湿气会造成“冰塞”并腐蚀系统管道等,使之不能正常工作。
2.储液干燥器的结构及工作原理储液干燥器由干燥器盖、干燥器体、引出管、过滤部分、干燥部分组成。干燥器盖上设有进液孔和出液孔,并装有视液玻璃和易熔塞。易熔塞的中部开有小孔,孔中灌有低熔点金属。当高压侧压力达到2.9MPa、温度达到95℃时,低熔点金属熔化,并把制冷剂排放到大气中去,防止整个系统遭受损坏。视液玻璃用来观察制冷系统内制冷剂的流动状况。
有些储液干燥器上还装有维修阀,供维修制冷系统安装压力表和加注制冷剂之用;有些车型的储液干燥器上装有压力开关,可在系统压力不正常时,中止压缩机工作(图2-13)。
五、膨胀阀的作用及分类1.膨胀阀的作用膨胀阀安装在蒸发器入口处,主要作用有2个。
(1)节流作用。高温高压的液态制冷剂经过膨胀阀的节流孔节流后,成为低温低压的雾状制冷剂,为制冷剂的蒸发创造条件。
(2)控制制冷剂的流量。进入蒸发器的液态制冷剂,经过蒸发器后,制冷剂由液态蒸发为气态,吸收热量,降低车内的温度。膨胀阀控制制冷剂的流量,保证蒸发器的出口完全为气态制冷剂,若流量过大,出口含有液态制冷剂,可能进入压缩机产生液击;若流量过小,提前蒸发完毕,造成制冷不足。
2.膨胀阀的分类膨胀阀按照平衡方式不同,分内平衡式和外平衡式。外平衡式膨胀阀又分为F型和H型两种结构型式。
(1)内平衡式膨胀阀的结构和工作原理(图2-14、图2-15)。
热敏管内充注制冷剂,放置在蒸发器出口管道上,热敏管和膜片上部通过毛细管相连,感受蒸发器出口制冷剂温度,膜片下面感受到的是蒸发器入口压力。如果空调负荷增加,液压制冷剂在蒸发器内提前蒸发完毕,则蒸发器出口处制冷剂温度将升高,膜片上压力增大,推动阀杆使膨胀阀开度增大,进入到蒸发器中的制冷剂流量增加,制冷量增大;如果空调负荷减小,则蒸发器出口制冷剂温度降低,以同样的作用原理使得阀开度减小,从而控制制冷剂的流量。
(2)外平衡式膨胀阀的结构和工作原理(图2-16、图2-17)。
①F型膨胀阀。外平衡式F型膨胀阀与内平衡式膨胀阀的工作原理基本相同,区别是:内平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器入口压力,而外平衡式F型膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器出口压力。
②H型膨胀阀(图2-18、图2-19)。外平衡式H型膨胀阀有4个接口与制冷系统连接,其中2个接口与普通膨胀阀相同,1个连接储液干燥器1个连接蒸发器进口;另外2个接口,1个连接蒸发器出口,1个连接压缩机进口。感温包直接处在蒸发器出口的制冷剂气流中。该膨胀阀取消了F型膨胀阀中的感温包、毛细管和外平衡接管,提高了调节灵敏度,结构紧凑,抗震可靠(图2-20)。
