恒温器内平衡膨胀阀控制的制冷循环在汽车空调中的应用

2.1.1 内平衡膨胀阀系统的工作原理

图4-1是内平衡膨胀阀系统的工作原理图，首先压缩机将制冷剂压缩成高压蒸气，然后将它输送到冷凝器中进行冷却。在这个过程中，制冷剂将热量传递给环境后液化，在储液干燥器经过过滤、脱水后再被送至内平衡膨胀阀内，节流降压后送到蒸发器蒸发、吸热。蒸发后的制冷剂低压蒸气被压缩机吸进后再度压缩，便进入了下一个循环。

当蒸发器的温度比较高时，内平衡膨胀阀的节流孔相应开度较大，便可运送较多制冷剂到蒸发器，这样制冷量就增大。当蒸发器温度较低时，内平衡膨胀阀输送到蒸发器的制冷剂便减少，蒸发器的制冷量就减小。但在蒸发器的温度下降到0℃以下，吹出的冷风也在0～4℃时，恒温器便会自动切断离合器的电磁线圈回路中的电流，压缩机就停止运行，这样便可防止蒸发器发生冻结。结果就会导致蒸发器温度回升，但当温度升高到恒温开关设定的温度时，恒温器便会自动接合。离合器的电磁线圈又通电，压缩机又开始运行，蒸发器又进行供冷，内平衡膨胀阀系统便是这样通过恒温器和内平衡膨胀阀的开度变化来控制蒸发器的温度，保证制冷系统的正常工作。

图4-1 内平衡膨胀阀系统

1—内平衡膨胀阀 2—储液干燥器 3—冷凝器 4—压缩机 5—毛细管感温包 6—蒸发器 7—电磁线圈 8—恒温器 9—蓄电池

2.1.2 恒温器的结构和工作原理

恒温器的结构如图4-2所示。主要由感温系统、调温装置和触头开关三部分组成。

图4-2 恒温器结构

1—接线柱 2—温差调节螺钉 3—动触头 4—静触头 5—调温螺钉 6—固定架 7—调温轴 8—控温板 9—主弹簧 10—调温凸轮 11—毛细管 12—膜盒 13—杠杆

感温系统由毛细管和波纹管（或波纹膜盒）两部分构成，里面充注感温剂，汽车空调一般是充制冷剂。

感温毛细管的一端用钢丝固定在蒸发器翅片之间，以感受其表面通道的空气温度。它的主要功能是通过内部工质的温度变化，导致感温系统内的工质压力发生变化，从而使波纹管伸长或缩短。在端面弹簧力的作用下，压力与温度变化也成正比关系。这样，波纹管的位移在温度控制范围内的变化也成正比关系。

调温装置由凸轮、转轴、调节螺钉几部分组成。功能是能在温度控制范围内，从最低温度到最高温度的范围内动作。恒温器触头开关的断开点是随调节轴调定的位置变化而改变，触头的闭合点基本上与断开点的位置相平行，通断重合的原因是由于控制机构的间隙，以及动作的机械惰性所致。

触头开关主要由触头、弹簧、杠杆几部分组成。功能是执行由控制机构传来的动作信号，通过触头的通、断来接通或断开电磁离合器的电路。

这种恒温器的优点是工作可靠，寿命长，价格便宜，不怕振动，所以特别适于汽车空调和家用空调等的需要。其工作原理见图4-3。图中触头位置是断开位置，压缩机停止运行。这时蒸发器表面温度逐渐升高。与此同时，毛细管内工质温度也随之升高，管内压力逐步增大。波纹膜盒受压伸长，带动了杠杆向左运动，触头随之向上运动。当离合器电路接通时，压缩机开始运行。

图4-3 恒温器工作原理

1—调温螺钉 2—触头 3—蓄电池 4—离合器 5—快跳弹簧 6—毛细管 7—波纹膜盒 8—轴 9—凸轮 10—调节弹簧(www.xing528.com)

当压缩机运行后，蒸发器表面温度开始下降，毛细管内的工质温度亦下降，波纹膜盒收缩，带动杠杆向右运动。在弹簧力作用下拉开活动触点，离合器电路断开，压缩机停止运行。这样由于恒温器的通断控制作用，离合器便不断地循环开合，通过蒸发器表面的空气温度便保持在一定的范围内。控制温度的高低，可以通过调节凸轮的位置和调节弹簧的作用力来实现。

2.1.3 内平衡膨胀阀的结构与工作原理

内平衡膨胀阀的结构如图4-4所示。它由调节机构、感温系统和节流孔几部分组成。节流孔的功能是将制冷剂节流后降压，以便蒸发器低温吸热。孔径一般为1～3mm，调节机构由阀体、阀座、顶杆、弹簧等几部分组成，感温系统则由金属膜片、毛细管、感温包所组成，金属膜片、毛细管和感温包内部均充满感温工质（一般充注制冷剂），由它来推动膜片上下运动，带动顶杆推动阀芯运动，使孔口的开度发生变化，以控制制冷剂的流量大小。

其作用原理如下：金属膜片受到三个力的作用。上表面受到感温包内的制冷剂蒸气的压力，此力产生向下的推力，欲打开阀芯，使制冷剂流量增大。下表面受到蒸发压力（即节流后的液体压力）和弹簧力，力图关闭孔口。当感温包紧贴在蒸发器出口时，由于感应到蒸发器的温度比较高，这样感温系统的内腔压力便会增大，克服弹簧力和蒸发压力的作用，使阀芯下移，孔口开度增大，制冷剂流量增大，蒸发器制冷量增加。结果导致蒸发压力下降，弹簧压力增大，三个力在新平衡条件下达到新的平衡。反之，感温包感应到蒸发器出口的温度低，因膜片上表面的制冷剂压力变小，阀芯上移，制冷剂的流量减少，使蒸发器制冷量相应减少。

节流后的压力是通过内平衡孔进入膜片下表面的，这个压力其实不是蒸发器出口压力，而是节流后的压力，它比蒸发器出口的压力略大。相对外平衡阀来说，这种阀被称为内平衡膨胀阀。

当汽车空调不工作时，由于感温包的压力增加比蒸发器增加快，故阀芯开始时是打开阀口的。但是，随着时间的延长，蒸发器内温度增加，两者压力平衡，弹簧力使阀口关闭。所以，内平衡膨胀阀的阀口，在空调器不工作时，是保持关闭状态的，这样有利于保护压缩机在重新工作时不发生液击现象。

图4-4 内平衡膨胀阀

1—感温包 2—顶杆 3—支承片 4—毛细管 5—金属膜片 6—滤网 7—孔口 8—阀芯 9—弹簧 10—出口 11—内平衡孔

内平衡膨胀阀可以保证供给车内最大制冷量时所需的制冷剂流量，一般说来这种制冷系统的制冷量都比较小，它为中级和经济型轿车、出租汽车、轻型货车所采用，也可为大多数原先没有空调的后装车所采用。内平衡膨胀阀系统的最大特点是简单、价廉、维修方便。

图4-5 热敏电阻温度控制电路原理图

1—蓄电池 2—压缩机 3—电磁线圈 4—控制放大器 5—调温电阻 6—热敏电阻 7—继电器

2.1.4 热敏电阻式温度控制器

随着热敏电阻的可靠性提高，汽车空调应用热敏电阻做温度控制器的也越来越多。这类温度控制器所用的感温元件是一支小圆片形的热敏电阻，它安装在蒸发器的出风口位置。由它检测到的电信号被输送到放大器进行放大，以控制继电器离合器的通断电路，其工作原理如下：热敏电阻随着温度的变化，其电阻有较大的变化。变化有两种：一种电阻具有负温度特性，即电阻随着温度的升高，阻值降低；另一种是正温度特性，即随温度升高，阻值也升高。

图4-5是热敏电阻温度控制电路原理图。热敏电阻应安装在蒸发器冷风出口处最能反映蒸发器表面温度的位置。热敏电阻在蒸发器温度较高时，电阻小，晶体管VT₁截止，造成基极和发射极电位升高，使VT₂导通，则VT₂的集电极有电流通过，使继电器产生磁场，接通离合器电路，压缩机运行。反之，当蒸发器温度降到0℃，热敏电阻使VT₁导通，VT₂截止，离合器分开，压缩机不运行，这样保证蒸发器不结冰。

不同的汽车采用的热敏电阻值不同，其特性也不同，但控制温度的原理是一样的。关于上述电路的更详细介绍可参阅有关书籍。