第三章汽车空调制冷系统

第三章汽车空调制冷系统一、汽车空调制冷系统的作用汽车制冷系统的作用是降低车厢内的温度，使乘客和驾驶员感到凉爽。二、汽车空调制冷系统的组成汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀（节流阀）、蒸发器和鼓风机等组成。如图3-1所示。第一节汽车空调制冷系统的构造与工作原理图3-1制冷系统的组成三、汽车空调制冷系统的分类现在汽车空调制冷系统可分为两类：一类是膨胀阀式制冷系统，另一类是孔管式制冷系统。(一)膨胀阀式空调制冷系统膨胀阀式空调制冷系统结构如图3-2所示。主要由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成。图3-2膨胀阀式空调制冷系统1.压缩机压缩机由发动机通过皮带驱动，吸入蒸发器出口处的低温低压的气态制冷剂，把制冷剂压缩成高温高压的气态排向冷凝器。2.冷凝器对于轿车的冷凝器安装在水箱前端，高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器，制冷剂得到冷却风扇的散热，由于压力及温度的降低，制冷剂气态冷凝成液态，并放出大量的热。从冷凝器出来后，制冷剂呈高温高压的液态。3.储液干燥过滤器高温高压的液态制冷剂在储液干燥过滤器内得到储存、干燥水份、过滤杂质。4.膨胀阀高温高压的液态制冷剂通过膨胀阀的节流孔节流后体积变大，制冷剂的压力和湿度急剧下降，以雾状（细小液滴）排向膨蒸发器。5.蒸发器雾状液态制冷剂进入蒸发器，制冷剂液态蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，降低车内的温度，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。(二)孔管式（CCOT）空调制冷系统孔管式（CCOT）空调制冷系统的结构如图3-3所示。主要由压缩机、冷凝器、节流膨胀阀管、蒸发器、吸气储液器和鼓风机等组成。图3-3孔管式空调制冷系统四、汽车空调制冷系统的工作原理图3-5蒸气压缩式制冷机的工作原理图蒸气压缩式制冷机的工作原理如图3-5所示。1.压缩过程从蒸发器出来的制冷剂是低温低压的制冷剂气体，进入压缩机后，压缩机把它压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。2.冷凝放热过程高温高压的过热制冷剂气体高于环境的温度，进入冷凝器后将热量传向大气进行热交换。由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热。此过程作用是排热、冷凝。3.干燥过程制冷剂散热后变为高温高压的液体，液态的制冷剂经过储液干燥器吸收水分和过滤杂质。4.节流降压过程高压高温制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置，后进入蒸发器。5．蒸发吸热过程经膨胀阀降温降压后的制冷剂变成雾状低温低压的饱和液体，它沸点远低于蒸发器内温度，当制冷剂液体进入蒸发器时，在蒸发器内蒸发，形成沸腾汽化。在蒸发汽化过程中需要吸收大量的热量，从而使蒸发器周围空气温度迅速降低。鼓风机将冷风吹出到车室内，产生制冷效果。第二节汽车空调压缩机的构造与工作原理一、空调压缩机的作用空调压缩机是汽车空调的核心部件，它由发动机通过皮带驱动，负责吸入空调蒸发器出口处的低温低压气态制冷剂，并把制冷剂加压，压缩成为高温高压的气态制冷剂，然后排向冷凝器，为制冷剂在制冷系统的管路内循环流动提供动力。二、汽车空调压缩机的安装位置就轿车而言，汽车空调压缩机是用固定托架安装在发动机气缸体上，当电磁离合器接合时，由发动机通过皮带传动带动压缩机运转。如图3-６所示。图3-６压缩机安装位置示意图三、空调压缩机的类型在空调压缩机的发展过程中，主要的类型有曲柄连杆式压缩机、轴向活塞式压缩机、叶片式压缩机、涡旋式压缩机等，具体分类如图3-7所示。图3-7空调压缩机的分类四、空调压缩机的构造与原理（一）曲柄连杆式压缩机1.曲柄连杆式压缩机的结构由气缸体、气缸盖、活塞、曲轴、连杆、进气阀和排气阀等组成，如图3-8所示。图3-8曲柄连杆式压缩机结构图2.曲柄连杆式压缩机的工作原理曲柄连杆式压缩机的曲轴由发动机通过皮带传动经电磁离合器带动，当压缩机曲轴旋转时，通过连杆带动活塞往复运动。工作过程分为压缩过程、排气过程、膨胀过程、吸气过程。图3-9工作过程示意图3.曲柄连杆式压缩机的工作过程如图3-9所示。（二）轴向活塞式压缩机轴向活塞式压缩机可以称为第2代压缩机，常见的有斜盘式和摇板式两种压缩机。1．斜盘式压缩机的结构与原理斜盘式压缩机为双向活塞式压缩机，主要部件有主轴、斜盘、活塞、进排气阀片等。如图3-10所示。工作原理：当主轴驱动斜盘旋转时，活塞槽与斜盘边缘通过钢球轴承支承，斜盘的旋转带动活塞做轴向移动，活塞前后两端与壳体组成两个空腔。活塞轴向移动时，一个空腔容积增大，可以吸入低压的制冷剂；相反，活塞另一头的空腔容积减小，制冷剂被高压排出。如果斜板转动一周，前后两个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环，相当于两个气缸作用。如果是轴向6缸压缩机，缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞，当主轴旋转一周，相当于6个气缸的作用。图3-10斜板式压缩机结构图2.摇板式压缩机的结构与原理（1）摇板式压缩机的结构摇板式压缩机为单向活塞式压缩机，主要由摇板、活塞、连杆、缸体、阀门组件、斜盘、皮带轮等组成，如图3-11所示。图3-11摇板式压缩机（2）摇板式压缩机的工作原理压缩机工作时，主轴带动传动板一起旋转。由于传动板是楔形的，故其转动将迫使摇板做以钢球为中心的左右摇摆移动。摇板和传动板之间的摩擦力，使摇板具有转动趋势，但被固定的一对圆锥齿轮所限制，所以摇板只能沿轴线作往复直线运动，从而带动活塞在缸内作往复运动，完成压缩、排气、膨胀、吸气四个过程。主轴旋转一周，摇板上的各缸分别完成一个工作循环。一般一个摆盘配有五个活塞，这样相应的五个气缸在主轴转动一周时，就有五次排气过程。其结构与工作原理其如图3-12所示。图3-12摇板式压缩机结构与原理3.可变排量压缩机所谓的可变排量压缩机，结构是基于传统的斜盘式或摇板式压缩机，传统的斜盘式或摇板式压缩机中，斜盘或摇板的偏转角度是固定不变的，即活塞的最大行程是固定的。而升级为可变排量压缩机后，斜盘或摇板的偏转角度是可以调节加于改变的。调节斜盘或摇板的角度，从而调节活塞的最大行程，改变压缩机的排气量。可变排量压缩机变排量的控制方式有两种：一种是机械式可变排量；另一种是电控可变排量。图3-13所示为电控可变排量压缩机的结构图。图3-13电控可变排量压缩机结构可变排量压缩机工作原理如图3-14所示。图3-14电控可变排量压缩机工作原理图工作原理：控制阀用于调节曲轴箱内的压力，当曲轴箱压力等于压缩机的吸气压力时，压缩机处于最大排量；当曲轴箱压力高于吸气压力后，斜盘或摇板角度减小，压缩机的排量减小。（三）旋叶式压缩机旋叶式压缩机也称滑片式压缩机，按气缸形式分圆形和椭圆形两种，如图3-15所示。圆形气缸叶片有2、3、4片式，椭圆形气缸片式有4片和5片式。图3-15旋叶式压缩机五、电磁离合器（一）电磁离合器的功用电磁离合器的作用是接通或切断输入空调压缩机的动力进而控制压缩机，而电磁离合器由空调的控制单元控制。汽车空调压缩机一般由汽车发动机通过发动机传动驱动。（二）电磁离合器的结构电磁离合器由电磁离合器由带皮带轮的转子、电磁线圈、压盘、轴承等组成。如图3-16所示。图3-16电磁离合器结构图（三）电磁离合器的工作原理当电磁线圈电路未接通时，转子空转，压缩机不转。当电磁线圈电路接通时，它将产生电磁力，将压盘吸压在转子皮带轮的前端面上，通过转子与压盘之间的摩擦力矩带动压缩机轴转动，制冷工作开始。如图3-17（b）图所示。图3-17电磁离合器工作原理图第三节蒸发器与冷凝器安装位置：蒸发器和冷凝器是汽车空调系统中能实现热交换的两个重要构件，其安装位置，就轿车而言，冷凝器一般都安装在汽车的前面，也有的装于车厢两侧或后侧。而蒸发器一般安装在车室内的仪表台下，如图3-21所示。图3-21冷凝器与蒸发器安装位置图一、冷凝器（一）冷凝器的功用冷凝器是将压缩机的高温高压过热制冷剂蒸汽，通过金属管壁和翅片放出热量给冷凝器外的空气，从而使过热气体状态制冷剂冷凝成高温高压的液体的换热装备。（二）冷凝器的构造冷凝器一般由铝材料制造，由排管和散热片组成，实际上起交换器的作用，按照结构类型分为管片式、管带式和平行流式三种。1．管片式管片式冷凝器由铜管套上铝翅片组成，如图3-22所示，经涨管工艺使得铝翅片与铜管紧密接触。优点是加工简单、艺成熟、成本低。缺点是换热效率低。目前已经基本停止使用。图3-22管片式冷凝器2．管带式用扁管作为制冷剂流通路径，扁管呈S形，扁管外侧为散热带。如图3-23所示。图3-23管带式冷凝器3．平行流式它的外表看起来跟管带式相似，都是扁管跟换热带，区别在于管带式的是只有一条扁管自始至终地呈蛇状弯曲，制冷剂在里面流动换热；而平行流式冷凝器则是在两端集流管之间有多条平行的扁管相连，制冷剂经过多条扁管同时进行换热。结构如图3-24所示。图3-24平行流式冷凝器二、蒸发器（一）蒸发器的功用雾状液态制冷剂进入蒸发器，液态制冷剂在蒸发器内沸腾气化，由液态蒸发成气态，在蒸发过程中吸收车内空气大量的热量，风机再将冷风吹到车室内，从而达到降低车内温度的目的。（二）蒸发器的结构按构造不同分为管片式蒸发器、管带式蒸发器和层叠式蒸发器三种。1．管片式蒸发器管片式蒸发器是由安装在一系列薄散热片内的制冷剂螺旋管组成，如图3-25所示。图3-25管片式蒸发器2．管带式蒸发器管带式蒸发器由多孔扁管与蛇形散热带焊接而成，如图3-26所示。图3-26五十铃汽车管带式蒸发器3．层叠式蒸发器层叠式蒸发器由两片形状复杂的铝板叠在一起组成制冷剂流道，在两片流道之间夹有蛇形散热带。如图3-27所示。图3-27层叠式蒸发器（三）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变成低温低压雾状物，在流经蒸发器时很容易汽化，汽化时将吸收周围空气大量的热量，而空调鼓风机不停地将空气从蒸发器表面吹过，因此从蒸发器的散热片外面流出的空气温度就下降，产生制冷效果。热量通过管片将传给蒸发器内的制冷剂，制冷剂吸收热量后的汽化。如图3-28所示。图3-28是管带式蒸发器工作原理第四节汽车空调其它主要辅助部件汽车空调制冷系统中除了压缩机、冷凝器和蒸发器之外，还有膨胀阀、储液干燥器等部件，他们之间的连接关系如图3-29所示。图3-29膨胀阀式空调制冷系统一、膨胀阀（一）膨胀阀的功用高温高压的液态制冷剂通过膨胀阀后体积变大，压力和湿度急剧下降，形成雾状，然后排向蒸发器。所以膨胀阀是用于调节制冷剂的流量并雾化制冷剂。（二）膨胀阀的种类、结构与工作原理膨胀阀也称热力膨胀阀，按照平衡方式的不同，分为内平衡式和外平衡式两种结构。膨胀阀大致由阀体、感温包和平衡管三部分组1．W型外平衡式膨胀阀结构和工作原理外平衡式W型热力膨胀阀外形结构如图3-30所示。图3-30外平衡式W型热力膨胀阀外平衡式W型热力膨胀阀结构原理如图3-31所示。感温包内充注制冷剂，放置在蒸发器出口管道上，感温包和膨胀阀里的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。图3-31外平衡式W型热力膨胀阀结构原理如果空调负荷增加，液压制冷剂在蒸发器提前蒸发完毕，则蒸发器出口制冷剂温度将升高，感温包内的制冷剂温度也升高，压力增大，所以膜片上的压力增大，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，原理如图3-32所示。图3-32空调负荷大时膨胀阀开度大如果空调负荷减小，则蒸发器出口温度降低，感温包内的制冷剂温度也减小，所以膜片上的压力减小，推杆使膨胀阀开度减小，从而控制制冷剂的流量，原理如图3-33所示图3-33空调负荷小时膨胀阀开度小2．内平衡式F型膨胀阀结构和工作原理内平衡式F型热力膨胀阀外形结构如图3-34所示。图3-34内平衡式F型热力膨胀阀外形结构内平衡式F型热力膨胀阀和外平衡式W型热力膨胀阀的结构是大同小异的，外平衡式W型热力膨胀阀膜片下方的压力是蒸发器出口的压力，而内平衡式F型膨胀阀膜片下方的压力是蒸发器进口压力，其工作原理也是靠膜片上、下侧的压力之差通过推杆来控制膨胀阀开度的大小，结构如图3-35所示。图3-35内平衡式F型热力膨胀阀的结构原理图3．H型热力