1.汽车空调制冷系统的基本组成。 汽车空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、储液干燥器、孔管或膨胀阀、高低压管路、鼓风机和控制电路等组成。 图11-2所示是装有膨胀阀的汽车空调制冷系统。压缩机是制冷系统的心脏,连接蒸发器和冷凝器;膨胀阀总是装在液体管路上的蒸发器进口处,而使用储液干燥器的系统必须把储液干燥器放在冷凝器和膨胀阀之间。由下列3种管路连成制冷系统： (1)高压软管,用于连接压缩机和冷凝器。 (2)液体管路,用于连接冷凝器和蒸发器。 (3)回气管路,用于连接蒸发器和压缩机。
2.汽车空调制冷系统的分类。
汽车空调制冷系统分为两类:一类是循环离合器系统,有使用膨胀阀和孔管两种形式另一类是蒸发器压力控制系统,有使用先导阀操纵的绝对压力阀(POA)和阀罐(VIR)两种形式。目前汽车上多使用的是蒸发器压力控制空调制冷系统。
3.汽车空调制冷系统的基本工作原理。
汽车空调制冷系统工作时,制冷剂以不同的状态在密闭系统内循环流动,每一循环包括4个基本过程。
(1)压缩过程。当发动机带动压缩机运转时,压缩机吸入蒸发器出口处低温(0℃)低压(0.147MPa)的制冷剂气体,将其压缩成高温(70~80℃)高压(1.471MPa)的气体排出压缩机。
(2)冷凝放热过程。高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器,压力和温度降低。当气体的温度降至40~50℃时,制冷剂气体变为液体,同时放出大量的热量。
(3)节流膨胀过程。液态制冷剂流到储液干燥器后,在储液干燥器中除去水分和杂质由管道流入膨胀阀。温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀阀装置后体积变大,压力和温度急剧下降,以雾状(细小液滴)排出膨胀装置。
(4)蒸发吸热过程。低温低压的雾状制冷剂进入蒸发器后,通过蒸发器的壁面吸收蒸发器表面周围空气的热量而沸腾汽化,从而可降低车内空气温度。在鼓风机的作用下,车内的冷、热空气加速对流,提高了空调制冷效果。在蒸发器内吸热汽化后的制冷剂蒸气再次被压缩机吸入,然后重复上述过程。由此可知,汽车空调制冷系统实际上是一个传热系统,通过制冷剂把车内的热量传送到车外,使车内温度降低。
4.汽车空调制冷系统主要组成部件的结构。
(1)压缩机。压缩机吸入蒸发器中低温低压的气态制冷剂,将气态制冷剂压缩成高温高压状态并输入冷凝器。汽车空调制冷压缩机主要采用容积式压缩机,除了有些大型客车采用独立发动机驱动外(副发动机驱动),大部分采用汽车发动机驱动。汽车空调制冷容积式压缩机种类很多,目前正式使用在汽车空调的压缩机就有30多种。按运动形式和主要零件形状,压缩机可按定量式和变量式分类。常用的定量式压缩机又可分为往复活塞式和旋转活塞式。常用的轴向活塞式压缩机有摇板式和斜盘式两种。
1)摇板式压缩机。摇板式压缩机结构紧凑、工作平稳、质量小。各汽缸以压缩机轴线为中心布置,活塞运动方向平行于压缩机的主轴。摇板式压缩机的工作原理示意图可以参照图11-3。各汽缸以压缩机的轴线为中心,五角均匀分布,连杆连接活塞和摇板,两头用球形万向节,使摇板的摆动和活塞移动协调而不发生干涉。摇板中心用钢球作为支承中心,并用一对固定圆锥齿轮限制摇板只能摆动而不能转动。主轴和传动板连接固定在一起。压缩机工作时,主轴带动传动板一起旋转。由于传动板是楔形的,楔形传动板的转动,迫使摇板作以钢球为中心的左右摇摆运动。摆板和传动板之间的摩擦力,使摇板具有转动势,但被固定的一对圆锥齿轮限制,所以摇板只能来回左右摆动,带动活塞在汽缸内作往复运动,完成吸气、排气过程。如果一个摆板上有5个活塞,主轴转动一周就有5次吸、排气过程。
2)斜盘式压缩机。斜盘式压缩机结构紧凑、效率高、性能可靠,采用往复式双头活塞。
其主要零件是一根主轴,斜盘用花键和主轴固定在一起。当主轴转动时,带动斜盘转动,依靠斜盘的旋转运动驱动活塞作轴向往复运动。图11-4为斜盘式压缩机的结构。
(2)冷凝器。冷凝器的功用是将空调压缩机送来的高温高压气态制冷剂中的热量散发到车外,使制冷剂冷凝成高温高压液体再进入储液干燥器汽车空调制冷系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式等几种。
管片式是汽车空调系统中早期常采用的一种冷凝器,制造工艺简单,如图11-5所示,由0.2mm厚度铝翅片用胀孔法将翅片和管贴合传热,管的两头用弯管焊接起来。这种冷凝器散热效果较差,一般用在大、中型客车的制冷装置上。
管带式是由扁管弯成蛇管形,并在其中安置散热带后焊接而成,如图11-6所示。管带式可以轧制成多孔式,这样能增大蒸气和环境的热交换面积。目前国外普遍使用36孔,有的使用到42孔,我国一般使用24孔的管带。管带式的热交换效率比管片式的大15%~20%。但其工艺复杂,焊接难度大,且材料要求高,一般用在小型轿车的制冷装置上。
对于轿车,冷凝器一般安装在发动机冷却系统散热器之前,利用发动机冷却风扇吹来的新鲜空气和行驶中迎面吹来的空气流进行冷却。对于一些大、中型客车,则把冷凝器安装在车厢两侧、车厢后侧或车厢的顶部。当冷凝器远离发动机散热器时,在冷凝器旁必须安装辅助冷却风扇加速冷却。
(3)蒸发器。蒸发器安装在热力膨胀阀高压通道出口与低压通道入口之间,其功用是产生冷气、降温除湿。蒸发器和冷凝器一样,也是一种热交换器,一般用铝材料制造,汽车空调制冷系统工作时,来自节流装置的低压雾状制冷剂通过蒸发器管道时,吸收车内空气的大量热量,同时低压雾状制冷剂变为低压气态制冷剂,并回到压缩机,如图11-7所示。空气中的水分由于温度降低而凝结在蒸发器上,因此制冷装置也起到除湿作用。
(4)储液干燥器。储液干燥器又称为储液器,在冷凝器和膨胀阀之储液干燥器有过滤杂质、吸收水分、防止堵塞的作用;还可以储存由冷凝器送来的高压液态制冷剂。图11-8是储液干燥器结构示意图。
储液干燥器壳内装有铜丝布网制作的过滤器及干燥用的硅胶。在储液干燥器壳体的顶部,还装有安全熔塞。它是将低熔点的合金浇铸在熔塞的小孔中,若由于某种原因,使得高压侧压力骤然升高,温度也随之升高,当温度上升至100~105℃,或者压力超过2.94MPa时,安全熔塞就会熔化或被冲破,及时将制冷剂喷射到大气中,防止损坏制冷装置。玻璃观察窗用于观察系统制冷剂循环流动的具体情况,一般观察窗出现气泡表示循环制冷剂不足:无气泡,则表示适量。
5)积累器。积累器和储液干燥器结构、原理比较类似,但它安装在系统的低压侧,与装膨胀管的系统配套,是循环离合器空调系统的组成之一。
积累器的主要功能是防止液态制冷剂液击压缩机,也用于储存过多的液态制冷剂,且内含干燥剂,起储液干燥器的作用。制冷剂从积累器上部进入,液态制冷剂落入容器底部,气态制冷剂积存在上部,并经上部出气管进入压缩机。在容器底部,出气管拐弯处装有带小孔的过滤器,允许少量的积存在拐弯处的机油返回压缩机,但液体制冷剂不能通过,因而要用特殊过滤材料,如图11-9所示。
(6)膨胀阀。膨胀阀又称节流阀,安装在蒸发器入口前,为制冷循环高压与低压之间的分界点。在膨胀阀前,制冷剂是高压液体;在膨胀阀后,制冷剂是低压、低温饱和液体和蒸气的雾状混合物。
膨胀阀的作用是将高压制冷剂液体节流减压,由冷凝压力降至蒸发压力,以便于制冷剂的蒸发;膨胀阀还可以调节制冷剂进入蒸发器的流量,以适应制冷负荷变化的需要,防止制冷剂液体进入压缩机而导致压缩机的损坏。目前膨胀阀有内平衡式热力膨胀阀、外平衡式热力膨胀阀、H形膨胀阀和膨胀管(孔管)4种。
1)内平衡式热力膨胀阀。内平衡式热力膨胀阀由感温包、毛细管、阀座、阀针及感应机构等组成,如图11-10所示。
在感温包内装入制冷装置所用的制冷剂,感温包固定在蒸发器的出口管路上,并用保温材料进行包扎,保证接触良好,这样温度上升,从而压力也增大。增大了的压力作用在膜片上侧,在数值上大于蒸发器进口压力和弹簧压力的总和,于是阀针离开阀座,阀门开启,制冷剂流入蒸发器。阀门开启后,较多的制冷剂进入蒸发器,使蒸发器内压力上升,当温度降低后,膜片下侧压力增加,上侧压力降低,于是阀门关闭。
2)外平衡式热力膨胀阀。外平衡式热力膨胀阀和内平衡式的结构大同小异,其结构如图11-11所示。内平衡式膜片下方的压力是蒸发器的进口压力,而外平衡式膜片下方的压力则是蒸发器出口的压力。由于蒸发器内部会产生压力损失,蒸发器出口压力要小于进口压力。要达到同样的阀开度,外平衡式需要的过热度要小些,因此蒸发器容积效率可以提高。大型客车空调系统要选用外平衡式热力膨胀阀。
3)H形膨胀阀。H形膨胀阀的结构如图11-12所示,因其内部通道形同H形而得名。它取消了外平衡式热力膨胀阀的外平衡管和感温包,直接与蒸发器进出口相连。它有4个接口通往空调制冷系统,其中两个接口和普通膨胀阀一样,一个接储液干燥器出口,一个接蒸发器入口。另外两个接口,一个接蒸发器出口,一个接压缩机入口。感温元件处在进入压缩机的制冷剂气流中。H形膨胀阀具有结构紧凑、使用可靠、维修简单等优点,符合汽车空调的要求。这种膨胀阀安装在蒸发器的进出管之间,感应温度不受环境影响,也无须通过毛细管而造成时间滞后,调节灵敏度较高。由于无感温包、毛细管和外平衡管,不会因汽车颠簸使充注系统断裂外漏以及感温包包扎松动而影响膨胀阀的正常工作。
4)膨胀管(孔管)。全称为膨胀节流管,它取代膨胀阀,安装位置相同,但只起到节流降压的作用。如图11-13所示,膨胀管是一根装在塑料套内的小铜管。如果空调制冷装置装有膨胀管,则它属于循环离合器系统(CCOT),循环离合器系统的特点是依靠间断性地控制压缩机运转来调整流量,不必再安装膨胀阀。膨胀管没有运动零件,也不可调整。在安装有膨胀管的空调系统中,高压侧不用储液干燥器,低压侧装有积累器。
(7)风机。汽车空调制冷系统采用的风机为通风机、鼓风机。按工作原理不同,风机可分为叶轮式和容积式两类。叶轮式风机按气体流向与风机主轴的相互关系,又可分为离心式风机和轴流式风机两种。
1)离心式风机。离心式风机的空气流向与风机主轴成直角,它的特点是风压高、风量小噪声也小。蒸发器采用这种风机,因为风压高可将冷空气吹到车内每个乘员身上,使乘员有冷风感。噪声小是设计空调的一项重要指标,车内噪声小,乘员不至于感到不适而过早疲劳。
离心式风机主要由电动机、风机轴(与电动机同轴)、风机叶片、风机壳体等组成,如图11-14所示。风机叶片有直叶片、前弯片、后弯片等形状,随叶轮叶片形状不同,产生的风量和风压也不同。
3)轴流式风机。轴流式风机的空气流向与风机主轴平行,它的特点是风量大、风压小、札电小、噪声大。冷凝器采用这种风机,因为风量大,可将冷凝器四周的热空气全部吹走。轴流式风机能满足耗电小的要求。它的缺点是风压小、噪声大,但这对冷凝器来说不是大问题,因为冷凝器只要将其四周的热空气吹离即可,所以风压小不影响冷凝器正常工作:另外,冷凝器安装在车外面,风机噪声大也不影响到车内轴流式风机主要由电动机、风机轴、风机叶片、键等组成,如图11-15所示。叶片固定在骨架上,常做成3、4、5片不等,叶片骨架穿在电动机轴上,由键带动旋转。
(8)电磁离合器。电磁离合器的功用是根据需要接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。一般轿车空调设备的压缩机是由该车的发动机通过电磁离合器来驱动的,电磁离合器可使发动机与压缩机分离,而在需要使用空调设备时,电磁离合器又使发动机与压缩机结合,传递动力。电磁离合器安装在压缩机曲轴伸出端,其结构如图11-16所示。这种电磁离合器有3个主要组件,第一是装在轴承上的带轮,第二是和压缩机主轴花键连接的驱动盘(盘状衔铁)第三是不转动的电磁线圈。当电流通过离合器电磁线圈时产生磁场,使压缩机驱动盘和自由转动的带轮接合,从而驱动压缩机主轴旋转。空调控制器一旦切断电磁线圈电流,磁场消失,靠弹簧作用,驱动盘与带轮脱开,压缩机停止工作。
