空调不制冷故障诊断与排除基础知识
1.空调制冷系统组成及工作原理
图 空调制冷系统组成 |
制冷压缩机
制冷压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，其作用是维持制冷剂在制冷系统中的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压制冷剂蒸气，压缩制冷剂蒸气使其压力和温度升高，并将制冷剂蒸气送往冷凝器。其原理与普通空气压缩机相似，只是密封程度要求更高。先进的汽车空调自动控制系统采用了可变排量压缩机的控制技术，它能依据汽车空调系统的制冷负荷或发动机的负荷状况来控制压缩机的排量变化以减少不必要的能量浪费和减轻发动机的负载，可变排量压缩机特点是在普通斜盘式压缩机后端增加了一套可变排量机构。
图 可变排量压缩机 1-进气压力 2-高压 3-曲轴箱压力 4-空调压缩机调节阀N280 5-压缩室 6-空心活塞 7-斜盘 8-驱动轴 9-曲轴箱 10-回位弹簧 | |
所谓的变排量压缩机结构是基于传纺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的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，是可以调节斜盘或摇板的角度从而调节活塞的最大行程来改变压缩机的排气量的。
空调压缩机可变排量实现方式：
（1）旁通式：高压侧通过旁通阀向低压侧泄压方式，这种变排量方式牺牲压缩机功率，所以在汽车上不能采用。
（2）改变压缩机转速实现排量可变，现在的家用空调采用变频技术实际上即是变化压缩机的转速实现排量的变化。但是对于汽车来说，压缩机由发动机驱动不可能实现发动机转速随空调压缩机工作需要而改变。
（3）真正的压缩机本身变排量，不关乎发动机的转速，而是依据空调的负荷自动改变排量，调节制冷能力，应用于汽车的可变排量压缩机。
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，即在压缩机内部有调
节阀，依据空调的管路压力自适应的改变压缩机的排量；另一种是电控可变排量，在原机械调节阀的基础上增加了一个电磁调节阀，空调控制单元从蒸发器出风温度传感器获得信号，对压缩机的功率进行无级调节。
注意三个压力：一个是压缩机的吸入低压的制冷剂；另一个是压缩机排出的高压制冷剂；第三个是斜盘或摇板所在的曲轴箱的压力；这个曲轴箱内的压力基本是大于或等于压缩机的吸入压力，而远小于压缩机的排气压力。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；当控制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。控制阀由机械元件和电磁单元组成，机械元件按照低压侧的压力关系借助于一个位于控制阀低压区的压力敏感元件来控制调节过程，电磁单元由操纵和显示单元通过500Hz的通断频率进行控制。
电控可变排量压缩机在无电流的状态下，调节阀阀门开启，压缩机的高压腔和压缩机曲轴箱相通，高压腔的压力和曲轴箱的压力达到平衡。满负荷时，阀门关闭，曲轴箱和高压腔之间的通道被隔断，曲轴箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至排量达到100%；关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，曲轴箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角
度减小直至排量低于2%。当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和曲轴箱被进一步隔离，从而使压缩机达到100%的排量。当系统的吸气压力特别低时，压力元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和曲轴箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。
冷凝器
汽车空调制冷系统中的冷凝器是热交换设备，其作用是使从压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气在冷凝器中得到液化或冷凝，并把热量散发到车外空气中，从而使其凝结为高压制冷剂液体。汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式、鳍片式等几种。
图 管片式冷凝器结构 |
（1）管片式
它是汽车空调中早期采用的一种冷凝器，制造工艺简单，由铜质或铝质圆管套上散热片组成。片与管组装后，经胀管法处理，使散热片胀紧在散热管上。这种冷凝器散热效果较差，一般用在大中型客车的制冷装置上。
（2）管带式
它是由多孔扁管弯成蛇管形，并在其中安置散热带后焊接而成。管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些(一般高15%左右)，但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高，一般用在小型汽车的制冷装置上。
（3）鳍片式
它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳍片状散热片，然后装配成冷凝器。由于散热鳍片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外管和片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。所以，是目前较先进的汽车空调冷凝器。
蒸发器
蒸发器和冷凝器一样，也是一种热交换器，是制冷循环中获得冷气的直接器件。外形近似冷凝器，但比冷凝器窄、小、厚，它的作用是让低温、低压液态制冷剂在其管道中吸热并蒸发，使蒸发器和周围空气的温度降低，从而在鼓风机的风力通过它时，能输出更多的冷气。蒸发器有管片式、管带式和层叠式三种结构。管片式结构简单、加工方便，但换热效率较差；管带式比管片式工艺复杂，效率可提高10%左右；层叠式加工难度最大，但其换热效率也最高，结构也最紧凑。
图 管片式蒸发凝器结构 |
进入蒸发器排管内的低温、低压液态制冷剂，通过管壁吸收穿过蒸发器传热表面空气的热量，使之降温。与此同时，空气中所含的水分由于冷却而凝结在蒸发器表面，经收集排出，使空气减湿，被降温、减湿后的空气由鼓风机吹进车室内，就可使车内获得冷气。
汽车空调滤网储液干燥罐
它主要由外壳、视液镜、安全熔塞和管接头等组成。在储液器上部出口端装有一个玻璃视液镜，用于观察制冷剂在工作时的流动状态，由此可判断制冷剂量是否合适。对直立式储液器而言，安装时，一定要垂直，倾斜度不得超过15°。在安装新的储液干燥器之前，不得过早将其进出管口的包装打开，以免湿空气侵入储液器和系统内部，使之失去除湿的作用。安装前一定要先搞清楚储液器的进、出口端，在储液器的进出口端一般都打有记号，如进口端用英文字母IN，出口端用OUT表示，或直接打上箭头以表示进、出口端。储液器出口端旁边装有一只安全熔塞，也称易熔螺塞，它是制冷系统的一种安全保护装置。其中心有一轴向通孔，孔内装填有焊锡之类的易熔材料，这些易熔材料的熔点一般为85℃-95℃。当冷凝器因通风不良或冷气负荷过大而冷却不够时，冷凝器和储液器内的制冷剂温度和压力将会异常升高。当压力达到3MPa左右时，温度超过易熔材料的熔点，此时，
安全熔塞中心孔内的易熔材料便会熔化，使制冷剂通过安全熔塞的中心孔逸出散发到大气中去，从而可避免系统的其它部件因压力过高而被胀坏。
储液器出口端旁边装有一只安全熔塞，也称易熔螺塞，它是制冷系统的一种安全保护装置。其中心有一轴向通孔，孔内装填有焊锡之类的易熔材料，这些易熔材料的熔点一般为85℃-95℃。当冷凝器因通风不良或冷气负荷过大而冷却不够时，冷凝器和储液器内的制冷剂温度和压力将会异常升高。当压力达到3MPa左右时，温度超过易熔材料的熔点，此时，安全熔塞中心孔内的易熔材料便会熔化，使制冷剂通过安全熔塞的中心孔逸出散发到大气中去，从而可避免系统的其它部件因压力过高而被胀坏。
膨胀阀
膨胀阀也称节流阀，它是一种感压和感温阀，是汽车空调制冷系统中的一个主要部件。目前膨胀阀主要有内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、H型膨胀阀、膨胀节流管（孔管）四种结构形式。
（1）内平衡热力膨胀阀
内平衡热力膨胀阀对来自储液干燥器的高压液态制冷剂节流降压，即将液态高压制冷剂从其孔口6中喷出，急剧膨胀，变成低压雾状体，以便吸热气化。此外，它还调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时防止压缩机发生液击现象和蒸发器出口蒸气异常过热。利用装在蒸发器出口处的感温包来感知制冷剂蒸气的过热度，由此来调节膨胀阀开度的大小，从而控制进入蒸发器的液态制冷剂流量。感温包和蒸发器出口管接触，蒸发器出口温度降低时，感温包1、毛细管2和薄膜3腔内的液体体积收缩，压力降低，阀口将闭合，限制制冷剂进入蒸发器。相反孔口开启，制冷剂流入蒸发器。
随着针阀开启，较多的制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力处于不平衡状态，因此孔口不断地开启和闭合，使制冷装置与负载相匹配。
感温包和蒸发器必须紧密接触，不能和大气相通。如果接触不良，感温包就不能正确地感应蒸发器出口的温度。如果密封不严，感应的温度是大气温度。所以，要用一种特殊的空调胶带，捆扎和密封感温包。
图 内平衡热力膨胀阀结构图 1-感温包 2-毛细管 3-薄膜 4-弹簧 5-推杆 6-孔口 |
（2）外平衡热力膨胀阀
外平衡和内平衡热力膨胀阀的结构是大同小异的，内平衡式膜片下方的压力是蒸发器进口压力，而外平衡式膜片下方的压力是蒸发器出口的压力。由于蒸发器内部会产生压力损失，蒸发器出口压力要小于进口压力。要达到同样的阀开度，外平衡式需要的过热度小些，蒸发器容积效率可以提高。
膨胀节流管（孔管）
膨胀节流管是用于许多轿车制冷系统的一种固定孔口的节流装置。有人称它为孔管、固定孔管，膨胀节流管直接安装在冷凝器出口和蒸发器进口之间，用于将液态制冷剂节流降压。由于不能调节流量，液体制冷剂很可能流出蒸发器而进入压缩机，造成压缩机液击，所以装有膨胀节流管的系统，必须同时在蒸发器出口和压缩机进口之间，安装一个集液器，实行气液分离，避免压缩机发生液击。
膨胀节流管系统目前使用的温度控制方法有：循环离合器膨胀节流管系统（CCOT）、可变容积膨胀节流管系统（VDOT）、固定膨胀节流管离合器系统等。
膨胀节流管的结构如图所示。它是一根细铜管，装在一根塑料套管内。在塑料套管外环形槽内，装有密封圈。有的还有两个外环形槽，每槽各装一个密封圈。把塑料套管连同膨胀节流管都插入蒸发器进口管中，密封圈就是密封塑料套管外径和蒸发器进口管内径间的配合间隙用的。膨胀节流管两端都装有滤网，以防止系统堵塞。安装使用后，系统内的污染物集聚在密封圈后面，使堵塞情况更加恶化。就是这种系统内的污染物，堵塞了孔管及其滤网。膨胀节流管不能维修，坏了只能更换。
图 节流膨胀管结构图 1-滤网 2-孔口 3-密封圈 4-校准孔 5-滤网 |
由于膨胀节流管没有运动部件，结构简单、可靠性高，同时节省能耗，很多高级轿车都采用这种方式。缺点是制冷剂流量不能根据工况变化进行调节。
制冷剂循环系统工作原理：
1）压缩过程：制冷剂在蒸发器中吸收蒸发箱周围空气中的热量后被压缩机吸入并压缩成高温高压（约1500～2200千帕）的气态。此过程的主要作用是压缩增压，以便气体易于液化，在压缩过程中，制冷剂状态不发生变化，而温度、压力不断升高，形成过热气体。
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