汽车空调用压缩机控制阀性能介绍

汽车空调用压缩机控制阀性能介绍本文先对各种汽车空调用压缩机及控制阀进行了介绍说明，再针对各类控制阀展开具体分析，主要从控制阀在压缩机中的受力情况、参数控制范围以及与系统的匹配特性等几方面展开研究分析，希望通过这些工作可以较为全面的认识控制阀，真正理解其在压缩机及系统中的作用，为产品的独立研发及相关改进工作做好技术积累。

标签：汽车空调；压缩机；变排量；控制阀0 引言随着汽车行业节能减排的要求，以及人们对汽车舒适性要求的提高，变排量压缩机因为有相比定排量压缩机更加高效的效率以及可以提供更加稳定且舒适的乘车环境，越来越受到汽车厂家的欢迎，目前已经成汽车空调行业的主流压缩机。

作为变排量压缩机的核心部件-控制阀，其核心技术一直为国外厂家所掌控，相比于其他空调部件，国内对该类产品的相关技术了解程度还远远不够，也缺少对该类产品的详细介绍，尤其是控制阀相关性能参数与压缩机及空调系统的匹配关系。

所以需要对压缩机控制阀进行较为深入的研究分析，并结合系统进行一些简单的匹配问题研究。

1 汽车空调压缩机1.1 汽车空调压缩机的功能压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，其作用维持制冷系统的循环以及建立空调系统的高低压，压缩机吸入来自蒸发器的低温、低压制冷剂蒸气，并将其压缩成高温高压的气体，以便制冷剂在冷凝器中进行散热。

从原理上讲，系统的制冷量也是由压缩机做功转化而来。

随着压缩机技术的发展，其功能也在不断增加，比如变排量压缩机能够空调热负荷自动调整系统流量的功能。

1.2 压缩机的分类按目前在用的压缩机分类，主要有曲轴连杆式、斜盘式、摆盘式、旋叶式、滚动活塞式、涡旋式等。

按运动形式空调压缩机可分为往复活塞式和旋转式两大类。

按压缩机工作时工作排量是否变化可分为固定排量式和可变排量式。

2 控制阀控制阀是变排量压缩机排量控制的核心部件，按控制方式又可以分为机械式（气动式）和电动式，机械式属于内控式变排量，一般都过吸、排气压力进行自动控制。

电动式则属于外控变排量，是通过采集与负荷相关的信息，比如车内外温度、出风温度、吸排气温度或压力等参数，通过微机计算，发出合理的指令给控制阀进行排量控制。

相对而言，电控阀反应更快，控制精度更好，因为综合考虑了多方参数，其控制会更加合理，更加人性化。

接下来对各类控制阀做下介绍。

3 活塞式变排量控制阀主要是通过控制曲轴箱的压力来调整压缩机排量，其控制方法又可以分以下几种3.1 同时控制曲轴箱与吸气腔的通道和曲轴箱与排气腔的通道。

结构如图1通过感受吸排气压力来调整压缩机的排量，实现方式：锥阀控制摇板箱与吸气腔（波纹管室）之间的通道，当锥阀开启，摇板箱内压力Pc大于波纹管室内的压力Ps，所以由摇板箱向波纹管室泄压，Pc下降；球阀控制排气腔与摇板箱之间的流道，当球阀开启，排气腔向摇板箱泄压，Pc上升；锥阀和球阀通过阀杆建立联系，从而使两个阀的开度呈互补关系，即球阀关小则锥阀开大，Pc降低；球阀开大，锥阀关小，则Pc升高。

当系统负荷减小，蒸发器压力降低，吸气压力也随之降低，即Ps减小，此时波纹管室内压力减小，波纹管伸展开来，球阀开度变大，锥阀关小，Pc变大，摆盘角度变小，压缩机进入变排量工作状态，排量减小，Ps适当增加，从而达到新的平衡状态。

当系统负荷增加时，Ps升高，波纹管收缩，球阀关小，锥阀开大，Pc降低，擺盘角度变大，如果Ps上升过大，则球阀完全关闭，Pc接近Ps，摆盘角度达到最大，此时压缩机进入全排量运行状态。

3.2 排气腔与曲轴箱用节流管+控制曲轴箱与吸气箱之间的通道。

结构如图2产品控制原理：排气腔中的制冷剂通过节流孔管进入摆盘箱，再通过控制阀回到吸气腔。

节流孔管为摆盘箱提供充足的气体旁通量，控制阀通过感受吸、排气压力调节控制阀的开度，从而调节摆盘箱的压力。

当空调负荷减小时，吸气压力减小，控制阀开度减小，曲轴箱内压力增大，调节结果使斜板箱压力和吸气压力之差增大，从而在七个活塞上产生一个净推力，使摆盘的角度减小，降低了压缩机活塞的行程，最终实现压缩机的变排量运行。

相反当系统负荷上升，吸气压力上升，开阀压力增加，开度增加，曲轴箱向吸气腔的流量增大，曲轴箱压力降低，促使摆盘角度变大，排量增加，以适应负荷增加后的制冷量需求。

3.3电控式压缩机控制阀。

结构如图3电磁驱动机构可以通过施加不同电压产生不同的电磁力，并通过芯铁部件产生不同关阀力，如图所示，电压越大，芯铁往右的位移越大，阀的开度越小，排气腔向摆盘箱的流量越小，Pc下降，压缩机的排量增加，同理，电压越小阀的开度越大，阀口流量越大，Pc增加，压缩机排量减小。

所以，空调负荷越大，电压越小，压缩机排量越大。

负荷越小，电压越大，压缩机排量越小。

波纹管组件通过吸气压力来影响阀的开度，系统负荷增加，吸气压力变大，波纹管压缩变大，阀的开度变小，Pc下降，压缩机排量增加；系统负荷下降，吸气压力变小，波纹管压缩量变小，阀的开度增加，Pc增加，压缩机排量减小。

4 控制压力与系统的匹配性首先分析下实际系统中什么时候Pd会高，什么情况下Pd会低，排除系统故障等原因，一般而言当车速过慢，冷凝器散热效果不好的情况下，Pd会高，比如夏天高温天气，车辆怠速的情况下，此时压缩机转速低，系统负荷高，导致蒸发压力也高，系统制冷效果差，在这种情况下就需要控制阀早点打开进行大排量运行，我们知道Pd越大Pso越小，也就是阀打开越早，可以更早就进入排量调整，所以控制阀的这个规律在高负荷低转速的情况下与系统的需求是相匹配的。

一般而言，Pd较低时，不是环境温度低，冷凝器散热温差大，就是车辆高速运转，冷凝器散热风速高。

环境温度低，空调负荷低，蒸发压力低，车辆高速运转，压缩机转速高，蒸发压力也低。

所以以上两种情况下，系统的制冷效果都比较好，蒸发压力也低，也就是Ps低。

这种情况下，压缩机的排量不需要太大，所以不需要太早进入大排量调节，也就是阀的控制压力Pso可以高一些，我们知道，Pd越低，Pso就越高，所以阀的这个变化规律是符合系统的实际需求的。

以上从不同工况下分析了控制阀控制压力的变化规律与系统实际需求之间的关系，可以看出，阀的控制压力的变化规律是与系统相匹配的。

4.1 蒸发器温控与控制阀设定值的匹配4.1.1压缩机离合器吸断的设置汽车上的电子控制单元简称ECU，又称作“行车电脑”或者“车载电脑”等，压缩机离合器的吸合与断开需要通过ECU输出信号进行控制，而输入信号则是空调控制器的AC 请求信号。

实际运行时，ECU需要接收空调的AC请求、发动机水温、发动机的转矩、冷媒压力以及其他诸如急加速油门踏板等信号，之后再根据内部运算逻辑，决定是否给出离合器吸合信号。

具体可以分为以下两种情况：a、在AC请求信号有效的情况下，水温过高、急加速、冷媒压力过高或过低等情况下，压缩机离合器会被切断，待这些信号恢复到设定值时，压缩机恢复工作。

b、在AC请求信号无效的情况下，压缩机离合器不吸合。

同样，当AC开启，系统正常运行后，ECU会及时采集以上诸多信号进行判断，比如当冷媒压力过高或者过低、蒸发器表面/出风温度过低时ECU则会发出离合器断开的信号。

4.1.2蒸发器温控点的设置为了防止蒸发器结霜/结冰，需要在蒸发器芯体出风面的加装一个温度传感器，温控器的加装也分两种，一种是直接插在蒸发器翅片中间，一种是装在出风侧离蒸发器表面一公分左右的位置。

温度传感器采集的信号传输给ECU，在ECU 种可以设定温度传感器的控制温度，一般分断开温度与吸合温度两个控制点，比如温度低于1度离合器断开，温度高于4度离合器吸合（前提是AC打开）。

当然具体温度的设定也是跟温度传感器的安装位置有关，当温度传感器插入芯体中时，采集的温度信号相对偏低，所以设置的温度相对要低一些。

当然，温度传感器在蒸发器芯体中的安装位置也非常重要，因为蒸发器芯体表面的温度分布不均匀，当传感器的位置安装不合理，比如装在了温度较高的位置，这会导致蒸发器其它部位都结霜了，传感器处的位置还没到切断温度，这就无法很好的控制结霜问题了，所以一般而言，传感器必须状态温度较低的位置。

结合以上1、2两点，我们可以知道汽车空调系统为了防止蒸发器结霜而采用的方法，就是通过用ECU采集蒸发器出风温度或者表面温度来判断是否断开压缩机的离合器。

当接近结霜点时，ECU会输出切断离合器的信号。

这种方法在定排量系统中是必备的，因为定排量压缩机无法调整排量，当发动机高转速长时间运行时，比如高速上长时间行车，蒸发器表面温度很快就会降到结霜点，此时就需要ECU来切断离合器，所以，这种工况下，离合器会出现频繁的切断-吸合，这会影响车辆的舒适性，对发动机造成的冲击，在速度上会有顿挫感。

这也是定排量压缩机的一大缺点。

本文之前的控制阀的介绍中我們可以知道，气动控制阀的设定值可以决定压缩机何时进入变排量调节，当设定值过高，压缩机介入变排量调整过早，比如在某个工况下吸气压力在0.25MPa时，控制阀就打开进行变排量调整了，这种情况下，蒸发压力就无法进一步降低，制冷能力无法提高，有可能导致系统的制冷能力不足，车内降温效果不好，影响舒适性。

当控制阀设定值偏低，则控制阀介入变排量调整太晚，比如在某个工况下吸气压力需要到0.15MPa控制阀才打开进行变排量调整，而在这个吸气压力下，当系统负荷较低时，蒸发器就可能已经结霜了。

所以需要有一个设置一个合理的控制阀设定值，既能使空调满足制冷能力要求，又不至于系统结霜。

4.1.3蒸发器温控与控制阀设定值的匹配问题结合以上几点我们可以看到，假如控制阀的开阀压力（设定值）偏低，则很可能会出现系统结霜问题，不过因为蒸发器有温控设置，所以实际就是温控会切断压缩机离合器，也就是吸气压力还没降到控制阀的设定值，压缩机就被切断了。

这就跟定排量压缩机一样了，变排功能还没发挥出来，压缩机就停止运行了。

如果变排量压缩机出现频繁的切断-吸合，则说明两者的匹配出现了问题。

所以温控点的设置与控制阀的设定值需要匹配合理，当控制阀设定值偏低，温控在变排之前就切断了离合器，变排量压缩机就失去了变排的功能。

当然，温控设定温度过高，即使控制阀设定值合理，此时也会使离合器提前被切断。

所以两者匹配是否合理非常重要，温控点温度的设定主要依据还是是否结霜，这跟蒸发器本身的结构、换热效果、排水效果、温度场均匀性、温控的位置等等都有关系，所以需要根据蒸发器实际状况，再结合蒸发器结霜试验、温度场分布测试等等试验来确定温控位置及温度控制点。

参考文献[1]常东来、窦春鹏、胡世辉、江亿，变排量压缩机控制阀实验研究与分析，汽车工程[2]马骏、汪晓钧、邹宗峰，变排量汽车空调系统结霜试验研究，机电一体化[3]吴刚，汽车变排量压缩机的匹配研究，汽车实用技术[4]吴建华、张利、张海锋，汽车空调压缩机排量调节方法及主要变排量压缩机，制冷与空调。