汽车空调制冷系统技术发展与创新思维分析

汽车空调制冷系统技术发展与创新思维分析

摘要：汽车空调制冷系统技术从恒温器控制的离合器循环制冷系统，发展到吸气节流阀控制以及电子膨胀阀等其它方法控制的蒸发器压力制冷系统。这部分教学内容是培养学生创新学习，创新思维的好题材。文章将汽车空调离合器循环控制系统和蒸发器压力控制系统的原理和性能进行对照分析，从汽车空调制冷系统的技术发展历程中，懂得技术革新的现实意义。

关键词：汽车空调制冷系统；内平衡膨胀阀控制的制冷系统；CCOT系统；POA系统；VIR系统；电子膨胀阀系统

汽车空调质量主要由温度、湿度、流速和清洁度四个指标来衡量，在这四个衡量指标中温度的调节控制又排在首位。车厢内温度控制由对蒸发器温度进行控制来实现。为防止蒸发器冻结必须对蒸发器温度进行控制，针对不同的空调性能要求采用不同的温度控制技术。目前汽车空调制冷系统分为离合器循环控制系统和蒸发器压力控制系统，或介于两者之间的系统。这些系统对温度的控制各有特点，性能有所不同。通过分析对比各式汽车空调制冷系统的原理及性能特点，对促进知识技能的掌握，启发创新有十分重大和深远的意义。

1 基于经济适用性要求的技改创新，促进恒温器控

制的离合器制冷循环系统性能进一步完善

恒温器控制的离合器制冷循环系统是利用恒温器将温度设定在预定的温度范围内，当超过阈值时，切断或接通电磁离合器，使压缩机处于间歇（通—断）循环状态的一种控制系统。该系统的特征是电磁离合器时而接合时而断开，压缩机根据车厢内环境温度时而运行，时而停止运行。离合器循环控制系统根据使用节流装置的不同，又包括内平衡膨胀阀系统，恒温器H型膨胀阀控制的制冷系统，恒温器孔管（CCOT）控制的制冷系统。

1.1 内平衡膨胀阀控制的制冷系统原理

内平衡膨胀阀是利用恒温器感测到的蒸发器温度变化来控制内平衡膨胀阀的开度变化，完成对制冷剂流量的控制。从而实现对蒸发器的温度控制，保证制冷系统的正常工作。当蒸发器的温度下降到0 ℃以下，吹出的冷风在0～40 ℃时，恒温器会自动切断离合器电磁线圈中的电流，压缩机停止运行，这样便可防止蒸发器结冰。压缩机停止工作后就会导致蒸发器温度回升，一旦升至恒温开关设定的温度时，恒温器便会自动接合。离合器的电磁线圈通电，压缩机又开始运行，蒸发器恢复制冷。恒温器有机械式恒温器和热敏电阻式恒温器，热敏电阻式恒温器在汽车空调技术上的到了广泛地应用。

内平衡膨胀阀系统的最大特点是简单、价廉、维修方便。

由于内平衡膨胀阀制冷系统的结构特点，导致内平衡膨胀阀制冷系统的控制

精度不是很高，而采用H型膨胀阀制冷系统可使其性能得到进一步改善。

1.2 恒温器H型膨胀阀控制的制冷系统

H型膨胀阀直接安装在蒸发器上，它的特殊结构相当于感温包内置，使感温包内部的制冷剂直接感受从蒸发器出来的蒸汽温度。对压缩机的温度控制原理与对蒸发器的制冷剂流量的调节供应原理和内平衡膨胀阀相同。

H型膨胀阀制冷系统比内平衡膨胀阀制冷系统的相对于内平衡膨胀阀制冷系统，H型膨胀阀制冷系统还有如下优点：因其能够在工作时调节蒸发器的过热度，控制精度高，安装简单，可靠性强，维修调试方便。

1.3 恒温器孔管（CCOT）控制的制冷系统

孔管（CCOT）也是离合器制冷循环系统的一种，其最大特点是用节流孔管来取代复杂的膨胀阀，用积液器取代了储液干燥器，所以结构及其简单，有良好的经济适用性。

新式的恒温器孔管控制制冷系统已经不再使用恒温控制器了，而是在集液器装一个压力开关，以感测蒸发器出来的蒸汽压力。当蒸发压力低于限定值时，低压开关便切断电磁线圈的电路，使压缩机停止运行。由于孔管没有运行件，其结构简单，制造成本低廉，不易损坏唯有滤网会发生堵塞，无需清洗，更换一个新的即可。CCOT系统设置了集液器，压缩机起动容易，具有良好的节能效应。据有关资料报道，CCOT系统比其它离合器循环制冷系统一般节能15%，而比蒸发器压力控制的制冷系统节能可达30%。由于压缩机重新起动容易，致使压缩机和离合器的使用寿命均可延长一倍以上。新式的CCOT系统用压力开关取代了恒温器，使制冷系统更简单，可靠，温度控制也更准确，展现出节能和可靠，经济适用的最大特点。

2 满足舒适性需求的技术创新继续深入，实现吸

气节流阀控制的蒸发器压力制冷系统性能的升级

由于离合器循环制冷系统，是通过压缩机的间歇工作来达到防止蒸发器结冰的目的，所以汽车空调的温度波动性大，影响了空调的舒适性。另外，压缩机的频繁起动，也影响发动机工况的稳定，还易造成离合器的损坏。这些缺点，可采用吸气节流阀控制的蒸发器压力制冷系统来解决。

吸气节流阀控制的蒸发器压力制冷系统，能根据饱和温度和压力的关系，使控制器在0 ℃时对应的制冷剂的饱和蒸发压力不再下降，便可防止蒸发器表面结冰。尽管此时压缩机仍在运行，蒸发器内的制冷剂还在蒸发，但吸气节流阀控制的流量很小，其流量小到只维持其表面不结冰的状态。这样输出的冷气量仍然能保持车内温度和湿度处于一个相对平衡状态，汽车空调的舒适性得以提高。蒸发器压力控制的制冷系统，因配置的不同又分为多种制冷系统。

2.1 吸气节流阀控制的外平衡膨胀阀制冷系统

吸气节流阀（STV阀）制冷系统，是应用外平衡膨胀阀和吸气节流阀联合控制进入蒸发器的制冷剂流量，进而达到控制蒸发器的平衡蒸发压力在0.215～0.891 MPa之间工作，以保证蒸发器表面不结冰，不堵塞空气通路的目的。蒸发器内制冷剂流量的控制由外平衡膨胀阀承担，而蒸发器内制冷剂的蒸发压力则由吸气节流阀来控制。该系统存在以下不足；其一是控制压力受大气压（海拔高度）的影响，其二是控制精度差，其三是主膜片容易泄露制冷剂。POA系统可以克服上述问题。2.2 先导阀（绝对真空阀）调节的吸气节流阀和外平衡膨

胀阀控制的制冷系统（POA）

先导阀制冷系统的工作原理与吸气节流阀制冷系统相差无几，仅用POA阀取代了STV阀。输送到蒸发器的制冷剂流量仍由外平衡膨胀阀来控制，蒸发器内的制冷剂的蒸发压力和蒸发温度由POA阀控制。当关死主通道时，蒸发压力在0.298～0.308 MPa范围内，保证蒸发器不会发生结冰现象，精度较高。这类系统能最大限度发挥蒸发器的制冷能力，工况基本不受外界温度、气压等因素的影响，蒸发器连续制冷而不结冰，使空调系统的温度始终保持在一个稳定范围。但安装接口多达十多处，容易造成制冷剂泄露和引起空气、水分进入到制冷系统。同时由于接口太多，安装和维护的工作量大。组合阀制冷系统，能克服POA制冷系统的缺点。

2.3 组合式先导阀调节的吸气节流阀POA—罐中阀制冷

系统（VIR制冷系统）

1978年，美国通用汽车公司发明了一种组合阀，即将储液干燥器、外平衡膨胀阀、POA阀集中在一只罐中，只有一个进口接头和一个出口接头，形成了全新的组合阀制冷系统。而一般的组合阀是在原有储液干燥器的内部再增加一个膨胀阀和一个压力控制阀，这样的组合阀体上有四个接头。除前述制冷系统外，还有其它更先进更经济的制冷系统。

3 为追求节能高效等高级性能需求的技术创新，促

成电子膨胀阀控制的制冷系统等其他制冷系统的

相继问世

3.1 蒸发器压力调节器控制制冷系统（EPR）

蒸发器压力调节器简称EPR，EPR系统平衡设计值的蒸发压力，相对于其他制冷系统略有提高，可靠性更强，EPR已发展到了EPR-Ⅲ型阀。