第3章 汽车空调制冷系统原理、结构及部件检修
通过本章学习，掌握制冷系统的组成、分类和工作原理，制冷系统各组成部分的作用、构造、工作原理、保养和检修。
3.1 汽车空调制冷系统原理
【行动目标】
通过本节学习，进一步理解空调制冷系统的工作原理，掌握制冷系统的组成及各部件的作用，了解循环离合器控制系统、蒸发器压力控制系统是如何控制蒸发器温度的。
【行动任务】
1．要掌握制冷系统的组成及各部件的作用。
2．了解制冷系统的分类，深刻理解循环离合器控制系统、蒸发器压力控制系统的工作原理。
【导引实例】
某台雪铁龙轿车空调的降温效果不够理想，经初步诊断，发现是空调制冷系统的故障。问怎样检查以判断出现故障的部位？（提示：从制冷系统各部件的作用去考虑。）
【知识内容】
3.1.1 汽车空调制冷系统的组成
制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器、鼓风机、风扇、管道、制冷剂等组成，如图3.1和图3.2所示。
3.1.2 汽车空调制冷系统工作原理
从图3.2可以清晰地看出各部件的作用和制冷剂的循环状态。
图3.1 空调制冷系统循环部分的组成
1—研所急；2—冷凝器；3—低压开关；4—储液干燥罐；5—高压开关；6—蒸发；7—热控开关；8—膨胀阀
图3.2 制冷系统的结构
工作原理
压缩机运转时，将蒸发器内产生的低温低压蒸气吸入气缸，经过压缩后，使蒸气的温度和压力（约70℃～80℃，1500kPa）增高后排入冷凝器。
在冷凝器中，高温高压的制冷剂气体与外面的空气进行热交换，放出热量使制冷剂冷凝成高压液体（约50℃～60℃，1500kPa），然后流入干燥储液器，并经过过滤干燥后流出。
经过膨胀阀的节流作用，制冷剂以低压的气液混合状态进入蒸发器。在蒸发器里，低压制冷剂液体沸腾汽化，吸取车厢内空气的热量，然后又进入压缩机进行下一轮循环。这样，制冷剂便在封闭的系统内经过压缩、冷凝、节流和蒸发4个过程，完成一个制冷循环。
在制冷系统中，压缩机起着压缩和输送制冷剂气体的作用，是整个系统的心脏。膨胀阀起节流降压作用，同时调节进入蒸发器制冷剂液体的流量，是系统高低压的分界线。蒸发器是输出冷气的设备，制冷剂在其中吸收被冷却空气的热量，使空气降温。冷凝器是放出热量的设备，蒸发器中吸收的热量、压缩机消耗功能所转化的热量，一起从冷凝器上散发出去，被冷却空气带走。压缩机所消耗的功起到了补偿作用，只有消耗了外界的功，制冷剂才能把从车内较低温度的空气中吸取的热量不断地传递到车外较高温度的空气中去，从而达到制冷的目的。
3.1.3 制冷系统的分类
汽车空调制冷系统基本分两类：循环离合器控制系统和蒸发器压力控制系统。前者是由压力或温度开关控制压缩机的启、停，后者是使压缩机连续运转。
1．循环离合器控制系统
（1）循环离合器孔管系统（CCOT）。该系统用一根固定式节流管代替热力膨胀阀对制冷剂进行节流减压，称为循环离合器孔管CCOT系统。该系统常用恒温开关控制，如图3.3所示。蒸发器温度上升（7℃）时，恒温开关触点闭合从而接通压缩机电磁离合器至蓄电池电路，压缩机运转，开始制冷。当蒸发器温度下降到一定值（毛细管温度下降至0℃）时，恒温开关触点断开，切断压缩机电路，压缩机停转，停止制冷，如此循环往复。
图3.3 安装恒温开关控制的CCOT系统
1—压缩机离合器；2—冷凝器；3—恒温开关；4—孔管；5—回流管；6—蒸发器；7—接蓄电池；8—集液器；9—干燥剂
CCOT系统也可以用压力开关控制。压力开关安装在集液器上或制冷管路中，如图3.4和3.5 所示。该系统利用压力开关控制压缩机的开、停，以达到控制制冷系统工作的目的。压力开关内有一膜片和触点相连。作用于膜片上的压力低到一定值时，触点断开，至离合器的电路被切断，压缩机停转；作用到膜片上的压力高到一定值时，触点闭合，接通蓄电池至离合器的电路，压缩机运行。
图3.4 用压力开关控制的CCOT系统构成图
图3.5 用压力开关控制的CCOT系统
1—压缩机离合器；2—冷凝器；3—孔管；4—回流管；5—蒸发器；6集液器；7—压力开关；8—接蓄电池；9—干燥剂
（2）循环离合器膨胀系统。循环离合器膨胀系统的膨胀阀只能控制过热，不能保证蒸发器不结冰。因此，要将恒温开关安装在蒸发器上或风箱内，用以控制压缩机的启动和停止。北京切诺基、桑塔纳等汽车空调就是采用如图3.7所示系统，选用的是H型膨胀阀，而不是如图3.6所示的这种内平衡热力膨胀阀。
2．蒸发器压力控制系统
蒸发器压力控制系统也称传统温控系统，只要选定空调工作，该系统就连续运行。由于恒温器控制的离合器循环制冷系统，是通过压缩机的间断工作来达到防止蒸发器结冰的目的，结果使汽车空调的温度波动比较大，影响了其舒适性。另外，压缩机的频繁启动，亦影响发动机工况的稳定，还易造成离合器的损坏。采用吸气节流阀的方式来控制蒸发器压力的制冷系统，便能克服上述缺点。
图3.6 用膨胀阀的循环离合器系统
1—压缩机；2—恒温开关；3—毛细管；4—膨胀阀；5—储液干燥器；6—视液窗；7—冷凝器；8—蒸发器
图3.7 用膨胀阀的循环离合器系统构成图
因蒸发温度和压力有着一一对应的关系，若控制在0℃时对应的制冷剂的饱和蒸气压力不再降低，便可以防止蒸发器表面结冰。而此时压缩机仍在运行，所以蒸发器内的制冷剂还在蒸发，不过其制冷量只需维持其表面不结冰的能力而已。这样，输出的冷量仍然能保持车内的温度和湿度处于一个相对平衡的状态，汽车空调的舒适性亦得到提高。
上述制冷系统称为蒸发器压力控制的制冷系统，是汽车空调中最早采用的，且一直在中高级轿车上使用，所以，一般又称蒸发器压力控制的制冷系统为传统空调系统。蒸发器压力控制因配置的不同又分为多种制冷系统，但POA阀和罐中阀应用较多。
（1）先导阀调节的吸气节流阀和外平衡膨胀阀控制的制冷系统（POA系统）。
储液干燥器安装在高压侧，POA阀安装在低压侧，如图3.8所示。
图3.8 POA制冷系统
1—溢油管；2—感温包毛细管：3—外平衡管；4—POA阀；5—压力监测器；6—压缩机；7—冷凝器；8—储液干燥器；9—外平衡膨胀阀；10—蒸发器
工作过程
制冷剂经压缩、冷凝后，在外平衡膨胀阀的膨胀、节流和控制下，进入蒸发器蒸发吸热。蒸发器出来的蒸气，经过POA阀的压力控制后进入压缩机。POA阀控制的压力不小于某一压力值，就会使蒸发器表面温度等于或高于0℃，POA阀控制蒸发器温度，这样就防止了蒸发器表面因过冷而结冰。POA阀的结构和工作原理在此就不介绍了。
（2）罐中阀制冷系统（VIR系统）。
该系统用阀罐（VIR）控制蒸发器温度，阀罐就是把膨胀阀和POA阀都安装在储液干燥器的上部，三者构成一个部件（阀罐），这样既节省管路，又节省空间，而且性能可靠。这种罐中阀是美国通用公司发明的，如图3.9 所示。广泛应用在中高级汽车空调中，长春第一汽车制造厂生产的部分奥迪100型轿车空调就是采用VIR蒸发器压力控制系统。
图3.9 罐中阀制冷系统
1—蒸发器；2—溢油管；3—压缩机；4—冷凝器；5—VIR阀
工作原理
压缩机输出的高温制冷蒸气经冷凝器冷却液化后，进入VIR阀，节流降压后进入蒸发器，蒸发吸热后成为低压蒸气，再进入VIR阀对制冷剂的蒸发压力进行控制，然后再从VIR阀出来进入压缩机，完成一个制冷循环。VIR阀对制冷剂的蒸发压力进行控制，使制冷系统在各种工况下保持最大的制冷量，同时避免蒸发器结冰。蒸发器底部释放出的冷冻机油，从溢油管经过VIR阀流回压缩机。
目前，在中高档轿车上变排量压缩机应用越来越多，该机的活塞行程可以根据高、低压压力的比率而改变，活塞行程的改变就直接影响了压缩机压缩比率从而调节了制冷剂的输出量，改变了制冷效率。在正常工作情况下，压缩机是连续运转的，压缩机离合器不发生离合动作，保证了蒸发器表面不结冰。
【本节小结】
本节主要讲述了循环离合器控制系统：循环离合器CCOT系统、循环离合器膨胀系统，蒸发器压力控制系统的组成、工作原理。循环离合器系统利用恒温开关或压力开关控制压缩机启停，防止蒸发器结冰。蒸发压力控制系统是利用吸气节流阀控制蒸发压力，进而控制制冷剂的蒸发温度，防止蒸发器结冰的。
【实训项目】
循环离合器控制系统、蒸发器压力控制系统各部件的认识，工作情况的讲解。
【巩固练习】
一、填空题
1．膨胀阀式汽车空调制冷系统由________、_______、_______、_______、_______和_______等组成。
2．孔管式汽车空调制冷系统有_______、________、________、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
3．POA阀控制系统包括_________，_________，_________，_________，________，________。
4．罐中阀控制系统中的阀罐包括__________，_________，_________三部分。
二、简答题
1．孔管式空调系统有哪4个工作过程？与膨胀阀系统有何区别？
2．叙述一下蒸发压力控制系统的控制原理。
3．叙述一下循环离合器控制系统工程的控制原理。
【拓展延伸】
检视一部蒸气压力控制制冷系统，拆装POA阀，弄清其工作情况。