宋帥

摘要：隨著國(guó)際汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度的提高，汽車(chē)企業(yè)也越來(lái)越注重汽車(chē)駕駛的舒適性，而汽車(chē)空調(diào)的使用性能是汽車(chē)駕駛的舒適性的重要表現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)汽車(chē)空調(diào)技術(shù)也提出了更高的要求，汽車(chē)空調(diào)技術(shù)也在向著更智能、電子控制與顯示更精密的方向發(fā)展。本研究分析探討了汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)電子流量調(diào)節(jié)問(wèn)題研究。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)空調(diào)；電子流量調(diào)節(jié)

1.汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)以及其工作原理

1.1汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)分析

汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)：由暖風(fēng)裝置、制冷裝置、通風(fēng)裝置、空氣凈化裝置和加濕裝置中的一個(gè)或多個(gè)部件以及必要的控制部件等構(gòu)成，用于調(diào)節(jié)乘員艙內(nèi)的溫度、濕度和潔凈度，并使其以一定速度在車(chē)內(nèi)定向流動(dòng)和分配，從而給駕駛員和乘員提供舒適的環(huán)境及新鮮空氣的系統(tǒng)。其關(guān)鍵零部件為壓縮機(jī)、冷凝器（附帶儲(chǔ)液干燥器）、蒸發(fā)器和膨脹閥，下面進(jìn)行具體的介紹：

（1）壓縮機(jī)：壓縮機(jī)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于心臟的作用，它是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在也是動(dòng)力源所在。壓縮機(jī)有兩個(gè)重要功能：一是使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生低壓條件；二是把氣態(tài)制冷劑從低壓壓縮至高壓，并使其溫度提高，這兩種功能同時(shí)完成。壓縮機(jī)維持制冷劑在制冷系統(tǒng)中的循環(huán)，吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫、低壓氣態(tài)制冷劑，壓縮氣態(tài)制冷劑，使其壓力和溫度升高，并將壓縮后的制冷劑送進(jìn)冷凝器。壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)中低壓和高壓、低溫和高溫的轉(zhuǎn)換裝置，壓縮機(jī)正常工作是實(shí)現(xiàn)熱交換的必要條件。

（2）冷凝器：冷凝器是具有大量的金屬葉片的一組彎曲的管道，結(jié)構(gòu)形式主要有管片式、管帶式和平行流式三種，從管片式向管帶式發(fā)展，并主要向平行流動(dòng)式發(fā)展，其結(jié)構(gòu)原理如下圖示：

為了在氣體通過(guò)時(shí)更好與葉片接觸，從而更好地完成冷凝過(guò)程，平行流動(dòng)式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又在不斷發(fā)展，以利于進(jìn)一步提高換熱效率和減輕重量，平行流動(dòng)式冷凝器從單元平行流動(dòng)式發(fā)展成多元平行流動(dòng)式。由于采取減薄管片厚度、增加管子內(nèi)肋片、翅片開(kāi)切口、改變翅片形狀及開(kāi)口角度等措施，加大了翅片散熱面積，強(qiáng)化了氣側(cè)和液側(cè)的熱交換效率，更好地完成物質(zhì)之間的熱量傳遞和交換。冷凝器的安裝位置為車(chē)頭的水箱處，因?yàn)檐?chē)頭水箱位置通風(fēng)較好，方便氣體的冷凝。

儲(chǔ)液干燥器就是在制冷系統(tǒng)中臨時(shí)性地存儲(chǔ)制冷劑的部件，它會(huì)根據(jù)制冷負(fù)荷的需要，隨時(shí)供給蒸發(fā)器，并對(duì)系統(tǒng)中的水分和雜質(zhì)進(jìn)行干燥和過(guò)濾，即存儲(chǔ)制冷劑，過(guò)濾雜質(zhì)和吸收濕氣。主要由儲(chǔ)液器、干燥劑、過(guò)濾器、觀察窗和安全裝置（易熔塞）等幾部分構(gòu)成。其中儲(chǔ)液器主要用于儲(chǔ)存和供應(yīng)制冷系統(tǒng)內(nèi)的液體制冷劑，以便工況變動(dòng)時(shí)能補(bǔ)償和調(diào)節(jié)液體制冷劑的盈虧；過(guò)濾器主要用于過(guò)濾清除掉雜物和污物，保證制冷劑順利流通；干燥劑用來(lái)吸收制冷劑中的水分；易熔塞是一種安全措施，一般裝在儲(chǔ)液干燥器的頭部，用螺塞擰入。

（3）膨脹閥：汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的膨脹閥為內(nèi)均衡式設(shè)計(jì)，制冷劑作為高壓液體進(jìn)入入口和濾網(wǎng)中，必須通過(guò)計(jì)量口，由其控制流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如下圖二所示。由于制冷劑通過(guò)計(jì)量口，它由高壓液體轉(zhuǎn)為低壓液體。在空調(diào)單元中，膨脹閥的開(kāi)度大小決定了進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)部冷媒量的多少，在一定程度上也同時(shí)決定了蒸發(fā)器出口冷媒的過(guò)熱度的大小。

（4）蒸發(fā)器：汽車(chē)空調(diào)蒸發(fā)器按照結(jié)構(gòu)型式分為管片式、管帶式、層疊式和平行流式四種結(jié)構(gòu)，換熱效果依次遞增。在壓縮機(jī)的作用下，液態(tài)制冷劑通過(guò)膨脹閥的節(jié)流控制作用霧化并進(jìn)入（低壓）蒸發(fā)器，制冷劑在蒸發(fā)器盤(pán)管內(nèi)沸騰汽化，由液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)的制冷劑溫度降低，從而使蒸發(fā)器盤(pán)管、吸熱片溫度降低。穿過(guò)蒸發(fā)器的空氣把車(chē)室內(nèi)的熱量傳給蒸發(fā)器較冷的表面，因此冷卻了車(chē)室內(nèi)的空氣。隨著車(chē)室內(nèi)熱量由空氣傳給蒸發(fā)器，空氣中的水蒸氣（含濕量）凝結(jié)在蒸發(fā)器的外面，并成為液態(tài)水被排掉，蒸發(fā)器罩底部排水管把水導(dǎo)出至車(chē)外?？諝饷摑袷强照{(diào)系統(tǒng)為乘客提供舒適的附加特性。

1.2 汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)工作的原理與其他制冷系統(tǒng)的基本工作原理相似，都是在外界輸入功的作用下，通過(guò)水的蒸發(fā)、冷凝過(guò)程來(lái)達(dá)到降低空氣溫度的目的。一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)包括空氣凈化、制冷以及采暖這三個(gè)部分，而本研究主要針對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的制冷工作環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。

首先，壓縮機(jī)將蒸發(fā)器里的低壓制冷劑氣體吸入到壓縮機(jī)氣缸里，然后通過(guò)壓縮機(jī)將低壓制冷氣體壓縮形成相對(duì)來(lái)說(shuō)高溫高壓的氣體，再經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)行冷凝環(huán)節(jié)，形成高壓常溫的氣體，再通過(guò)膨脹閾降溫降壓，將高壓常溫的氣體形成低溫低壓的液體，將形成的低溫低壓的液體在蒸發(fā)器裝置中進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，最終汽化成氣體，以此種方式進(jìn)行吸取空氣中的溫度，從而降低空氣溫度。汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)就是以這種循環(huán)的方式將冷風(fēng)送入汽車(chē)內(nèi)部空間，達(dá)到制冷的效果。

2.汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)電子流量調(diào)節(jié)現(xiàn)狀分析

汽車(chē)空調(diào)在運(yùn)行過(guò)程中由于氣候、路況、負(fù)荷以及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況的變化而出現(xiàn)不同程度的磨損情況。其制冷系統(tǒng)通常分別由相應(yīng)的節(jié)流元件和熱力膨脹閥進(jìn)行調(diào)整和控制，但由于這些元件在運(yùn)行過(guò)程中，信號(hào)傳遞出現(xiàn)延遲、動(dòng)作機(jī)構(gòu)不是很適應(yīng)劇烈的工況變化，當(dāng)汽車(chē)的空調(diào)處于較高的車(chē)速環(huán)境之下，其制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器十分容易出現(xiàn)結(jié)霜的現(xiàn)象，在惡劣環(huán)境下甚至?xí)适Чぷ髂芰?。不但?huì)降低車(chē)主的用車(chē)舒適度，還會(huì)嚴(yán)重破壞整個(gè)制冷系統(tǒng)。根據(jù)很多汽車(chē)售后數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析顯示，有超過(guò)三分之一以上的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)損壞原因是膨脹閥過(guò)熱度控制失靈而導(dǎo)致吸氣帶液產(chǎn)生液擊，進(jìn)而產(chǎn)生故障。要想改善這種現(xiàn)狀，可以使用節(jié)流元件，比如電子膨脹閥，它可以在控制器的控制下由相應(yīng)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行相應(yīng)的控制和開(kāi)度調(diào)整，改變這種現(xiàn)狀。例如，可以將電子膨脹閥引入到汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)中，這樣很可能會(huì)解決目前的汽車(chē)空調(diào)流量節(jié)流的各種問(wèn)題。

在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)中，電子膨脹閥應(yīng)用到其他類(lèi)型制冷裝置中十分常見(jiàn)，曾經(jīng)有研究學(xué)者就指出了，在未來(lái)汽車(chē)空調(diào)行業(yè)中，電子膨脹閥肯定會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱力膨脹閥，因?yàn)樗軌蚣皶r(shí)處理制冷劑流量突變問(wèn)題，現(xiàn)在這已經(jīng)應(yīng)驗(yàn)了，隨著電子膨脹閥研究逐步深入，結(jié)構(gòu)逐步成熟，質(zhì)量逐漸穩(wěn)定，現(xiàn)已成功應(yīng)用于汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中，尤其是新能源車(chē)型上，其優(yōu)勢(shì)更加凸顯。

3.電子流量控制系統(tǒng)

作為汽車(chē)空調(diào)中的一個(gè)重要元件，電子膨脹閥的主要作用是節(jié)流調(diào)節(jié)。它的控制方法在很大程度上取決于空調(diào)控制器的特點(diǎn)和控制要求，一般可采用PWM、LIN通訊等控制防止方式?？照{(diào)控制器通常要兼顧保證行車(chē)人舒適和節(jié)能環(huán)保兩個(gè)原則，在整個(gè)運(yùn)行和控制過(guò)程中，它不僅通過(guò)迅速降低車(chē)內(nèi)溫度盡可能地為駕乘者提供穩(wěn)定的理想環(huán)境，而且還要在各種負(fù)荷條件下保持較大的效能比，因此，合理有效控制整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)、制冷劑流量、蒸發(fā)器等部分之間的關(guān)系是十分重要的。而這一控制過(guò)程在很大程度上依賴(lài)于膨脹閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)，故而，電子膨脹閥在汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。

對(duì)于電子膨脹閥的控制要從兩方面考慮，一方面汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行功率是變化的，因此電子膨脹閥對(duì)制冷劑流量的控制必須滿足壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化這一特點(diǎn)，以保證其正常發(fā)揮功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，制冷劑流過(guò)蒸發(fā)器運(yùn)行需要一個(gè)最佳液面，因而制冷劑流量也要考慮這個(gè)因素，此時(shí)主要控制對(duì)象是蒸發(fā)器的過(guò)熱度。因此，在汽車(chē)空調(diào)控制器中，設(shè)計(jì)電子膨脹閥的輸入?yún)?shù)時(shí)，應(yīng)該充分考慮壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和蒸發(fā)器的過(guò)熱度這兩個(gè)條件。將由壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速確定的開(kāi)環(huán)控制和汽車(chē)內(nèi)部換熱器過(guò)熱度模糊閉環(huán)反饋的控制結(jié)合起來(lái)，能夠形成一個(gè)比較完善的控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)能夠很好地調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開(kāi)度，將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速作為參數(shù)輸入能使膨脹閥的設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際使用情況，取得更好的效果。

比如：首先使制冷劑的流量、蒸發(fā)器的風(fēng)機(jī)、冷凝器風(fēng)機(jī)風(fēng)量最大限度的滿足壓縮機(jī)功率的需求；其次電子膨脹閥在較短的時(shí)間內(nèi)迅速接近目標(biāo)控制值，從而提高系統(tǒng)反應(yīng)能力；再次可避免空調(diào)啟動(dòng)初期電子膨脹閥過(guò)熱度遲鈍問(wèn)題的出現(xiàn)，并降低因此引發(fā)的調(diào)節(jié)困難；最后，因?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制發(fā)揮了良好的調(diào)控作用，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度大大增加。因此，在確定過(guò)熱度反饋調(diào)節(jié)過(guò)程中可以考慮的更加細(xì)致，能夠更加靈活和精確的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了單純的過(guò)熱度調(diào)節(jié)過(guò)程中震蕩過(guò)大的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)的更加精細(xì)和穩(wěn)定，需要的時(shí)間進(jìn)一步縮小。

結(jié)語(yǔ)

電子膨脹閥具有傳統(tǒng)熱力膨脹閥的作用，同時(shí)還具有自身的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)范圍廣.控制精度高。同時(shí)還能起到電磁閥的作用。使用電子膨脹閥不但能夠使車(chē)內(nèi)的溫度迅速平穩(wěn)接近預(yù)設(shè)的數(shù)值，并且保持穩(wěn)定，而且還能實(shí)現(xiàn)效能比的最大化。

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（作者單位：長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司；

河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心）