汽车空调技术课件凌永成 第3章 制冷系统的温度控制

汽车空调技术沈阳大学凌永成[e-mail]配套教材信息教材名称：汽车空调技术教材主编：凌永成教材定价：39RMB出版社：机械工业出版社出版时间：2014年5月国际标准书号（ISBN）：978-7-111-45539-4教材所属系列：应用型本科汽车类专业“十二五”规划教材第3章制冷系统的温度控制3.1压缩机液击及其预防3.1.1蒸发器结冰与压缩机液击1.蒸发器结冰对于非独立式汽车空调制冷系统，发动机转速高→压缩机转速高→制冷量过大→蒸发器翅片表面温度降至0℃以下，则翅片表面的大量露水将发生冻结（结冰）现象。2.压缩机液击蒸发器结冰后，将使蒸发器内部的制冷剂因无法吸收蒸发器周围空气的热量而得不到充分蒸发，这种未能充分蒸发的液态制冷剂被送至压缩机时，由于液体是不能被压缩的，将使压缩机的活塞、阀片等构件发生严重损坏，俗称“液击”。图3-1液击瞬间的制冷剂形态3.1.2压缩机液击的预防防止蒸发器表面结冰，是预防压缩机出现液击现象的根本措施，而预防蒸发器表面结冰的关键是控制蒸发器的温度。也就是说，汽车空调制冷系统的温度控制，其核心问题就是蒸发器温度的控制。目前，主要的控制措施有控制蒸发器表面温度和控制制冷剂蒸发压力两种方法。这两种方法均是通过节流装置和蒸发器控制阀、恒温器来实现对蒸发器温度的控制的。相应地，汽车空调制冷系统的温度控制分为离合器循环控制系统和蒸发器压力控制系统两大类，并在这两类控制系统的基础上衍生出其他控制系统。3.2恒温器—电磁离合器循环制冷系统恒温器—电磁离合器循环制冷系统多用于经济型乘用车和载货汽车空调上。根据其采用的节流装置的不同，又可分为恒温器—电磁离合器热力膨胀阀循环制冷系统（Thermostat—CyclingClutchThermalExpansionValve）和恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统（Thermostat—CyclingClutchOrificeTube）两大类，具体的结构形式多种多样，各具特色。3.2.1恒温器—内平衡膨胀阀循环制冷系统1.恒温器—内平衡膨胀阀循环制冷系统的工作原理图3-2内平衡膨胀阀系统2.恒温器的结构与工作原理恒温器（Thermostat，亦称温度控制器或温度开关）是一种温度检测、控制装置，能以自动断路或闭路的方式使受控部件的温度保持在设定范围之内，且其动作温度可人为或自动调整。（1）机械式恒温器图3-3机械式恒温器结构简图1—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；11—毛细管；12—膜盒；13—杠杆图3-4机械式恒温器实物照片调温装置由凸轮、转轴、调节螺钉几部分组成，其功能是使恒温器能在最低温度至最高温度的范围内对任一设定温度产生控制动作。恒温器触点开关的断开点（即触点断开时对应的蒸发器表面的温度数值）是根据调节轴调定位置的变化而变化的，触点的断开点与闭合点的位置彼此平行，其工作温度特性如图3-5所示。图3-5恒温器触点的工作温度特性图3-6机械式恒温器工作原理1—电磁离合器线圈；2—偏心弹簧；3—毛细管；4—波纹管；5—调节轴；6—调节凸轮；7—调节弹簧；8—调节螺钉；9—触点；10—蓄电池；11—杠杆（2）热敏电阻式恒温器热敏电阻式恒温器所用的感温元件是一支圆片状的热敏电阻，安装在蒸发器的出风口处。由热敏电阻把蒸发器温度的变化转换为电信号，传送到放大器进行放大之后，通过继电器控制电磁离合器线圈得电回路的通断，进而实现恒温控制。图3-7热敏电阻式恒温器工作原理图3.2.2恒温器—H形膨胀阀循环制冷系统1.恒温器—H形膨胀阀循环制冷系统的工作原理图3-8H形膨胀阀制冷系统2.恒温器—H形膨胀阀循环制冷系统的优点1）控制精度高，响应性好。2）结构简单、紧凑，安装方便。3）耐振动，运行事故少，可靠性高。H形膨胀阀直接安装在蒸发器上，接头少，发生制冷剂泄漏的机率低。4）能够在工作时调节蒸发器的过热度，维修调试方便。恒温器—电磁离合器热力膨胀阀循环制冷系统适用于热湿负荷和运行工况的变化都比较大的汽车空调系统，且空调系统的工作对汽车动力（车速）的影响较小。3.2.3恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统（Thermostat—CyclingClutchOrificeTube，CCOT）以孔管（OrificeTube）来代替恒温器—电磁离合器热力膨胀阀循环制冷系统中较复杂的膨胀阀，使得CCOT的系统结构更为简单。1.恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统的工作原理图3-9CCOT制冷系统1—冷凝器；2—压缩机；3—集液器；4—溢油孔；5—电磁离合器线圈；6—恒温器；7—蒸发器；8—蓄电池；9—孔管2.恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统的优点1）压缩机起动转矩小，系统的运行经济性好。2）系统可靠性高，机件使用寿命长。3）运行噪声低，舒适性好。得益于上述优点，CCOT制冷系统已经广泛应用在对运行经济性要求较高的中、低档乘用车上，在高档乘用车上的应用也有日益扩大的趋势。3.压力开关—电磁离合器孔管循环制冷系统在恒温器—电磁离合器孔管循环制冷系统的基础上，又推出了压力开关—电磁离合器孔管循环制冷系统。压力开关—电磁离合器孔管循环制冷系统淘汰了恒温器，以压力开关取而代之。图3-10用压力开关控制的CCOT制冷系统3.3基于蒸发器压力控制的制冷系统3.3.1吸气节流阀—外平衡膨胀阀制冷系统1.工作原理图3-11吸气节流阀（STV阀）制冷系统的工作原理2.吸气节流阀吸气节流阀（SuctionThrottlingValve，STV）的构造如图3-12所示。其作用是控制蒸发器蒸发压力不得超出一定的压力范围，以防止蒸发器表面结冰。图3-12吸气节流阀（STV阀）3.3.2先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀制冷系统吸气节流阀—外平衡膨胀阀制冷系统容易受到海拔高度变化的影响，控制精度较差，且主膜片处容易出现制冷剂泄漏问题。因此，吸气节流阀—外平衡膨胀阀制冷系统已经被先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀（PilotOperatedAbsoluteSuctionThrottlingValve，POA）制冷系统所取代。1.POA制冷系统的工作原理POA制冷系统的工作原理如图3-13所示。制冷剂经压缩、冷凝后，在外平衡膨胀阀的节流、膨胀和控制下，进入蒸发器蒸发吸热。蒸发器出来的低压制冷剂气体，经过POA阀的压力控制后，再回到压缩机。图3-13POA制冷系统图3-14美国通用汽车公司的POA制冷系统1—压缩机；2—电磁离合器；3—冷凝器；4—储液干燥器；5—高压液体管路；6—高压气体管路；7—低压气体管路；8—加热软管；9—鼓风机电机；10—POA阀；11—蒸发器；12—膨胀阀；13—消音器2.POA阀的构造和工作原理POA阀的构造主要由活塞式吸气节流阀和波纹管控制的先导阀两部分组成。阀上有五个接口，分别为蒸发器、压缩机、外平衡管、溢油管和压力表接口。图3-15先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀（POA阀）3.3.3组合式先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀制冷系统前述的STV制冷系统和POA制冷系统接口太多，容易造成制冷剂的泄漏和使空气、水分进入到制冷系统。由于接头太多，安装、维护的工作量也大。为了克服这些问题，又出现了将上述这些控制阀组合在一起的组合式先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀制冷系统。在组合式先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀制冷系统中，将储液干燥器、外平衡膨胀阀、POA阀集成在一个体积较大的制冷剂储罐中，简化了结构，克服了POA制冷系统的缺点。这种集成在制冷剂储罐中的控制阀称为罐中阀（ValvesInReceiver，VIR）。因此，组合式先导阀操纵的绝对压力吸气节流阀制冷系统也称罐中阀制冷系统（VIR制冷系统）。1.VIR制冷系统的工作原理图3-16VIR制冷系统工作原理2.VIR阀的构造和工作原理图3-17VIR阀的结构3.3.4蒸发器压力调节器控制的制冷系统蒸发器压力调节器控制的制冷系统以蒸发器压力调节器（EvaporatorPressureRegulator，EPR）为控制元件，实现对制冷系统的控制。1.EPR制冷系统的工作原理蒸发器压力调节器装在压缩机的入口处，而不是在蒸发器出口处。由于安装位置的差异，蒸气的过热度有所不同。所以EPR系统的平衡设计值（蒸发压力）相对于其它制冷系统略有提高。制冷系统的工作原理和其它系统类似，都是将蒸发压力控制在高于0.308MPa，以防止蒸发器表面结冰。EPR制冷系统主要用在克莱斯勒汽车公司和丰田公司的中、高级汽车上。2.蒸发器压力调节器图3-18EPR-Ⅱ型蒸发器压力调节器1—活塞支承弹簧；2—先导阀座；3—先导阀；4—先导阀弹簧；5—活塞；6—O形圈；7—波纹管固定板；8—波纹管；9—阀体；10—小孔EPR-Ⅲ型蒸发器压力调节器的结构更简单，它只有一个铜质波纹管作制冷剂的通道，进气口设置了一只锥形阀。图3-19EPR-Ⅲ型蒸发器压力调节器1—O形圈；2—阀体；3—锥阀座；4—锥阀；5—波纹管当蒸发压力高时，波纹管伸长，锥形阀打开；反之，锥形阀关闭。EPR-Ⅲ型蒸发器压力调节器结构简单，但控制精度较差。3.3.5热气旁通阀控制的制冷系统1.工作原理图3-20热气旁通阀控制的制冷系统（HGBV制冷系统）1—过冷器；2—干燥器；3—压缩机；4—辅助发动机；5—视液窗；6—外平衡式热力膨胀阀；7—蓄电池；8—温度控制器；9—外平衡管接口；10—感温包；11—蒸发器；12—外平衡管；13—热气旁通阀；14—储液罐；15—冷凝器热气旁通阀（HotGasBy-passValve，HGBV）的功用是：当蒸发器表面温度降到0℃时，将从冷凝器中出来的高温、高压液态制冷剂送到蒸发器出口，以控制蒸发压力，使其不低于0.308MPa，以防止蒸发器表面结冰。热气旁通阀控制的制冷系统亦称HGBV制冷系统，特别适用于乘员流动量大且车速缓慢的城市客车（公共汽车），已在欧洲和美国的公共汽车上广泛使用，我国的城市客车也已开始这种汽车空调制冷系统。热气旁通阀由温度控制器通过电路控制，热气旁通阀的开启可使高压侧压力降低0.1MPa，低压侧压力升高0.04MPa。2.热气旁通阀在制冷压缩机进、排气管之间，连接一个热气旁通阀THEEND（图3-21），通过动态调节热气旁通阀的阀口开度，将部分高压侧气体（热气）旁通到低压侧，便可对制冷系统的制冷能力进行动态调节。从本质上讲，热气旁通阀属于电子膨胀阀的一种。在其他结构参数不变的条件下，只需更换口径不同的阀芯，即可获得不同的控制容量，以扩大热气旁通阀的适用范围。图3-21热气旁通阀（HGBV阀）实物照片