汽车空调维修：吸气节流阀控制的外平衡膨胀阀制冷系统

3.1.1 吸气节流阀（STV阀）制冷系统的工作原理

本系统的制冷工作原理如图4-14所示。

它是应用外平衡膨胀阀和STV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压力在0.215～0.891MPa之间工作，以保证蒸发器表面不结冰而不堵塞空气通路。

其工作原理如下：压缩机将制冷剂压缩后先送到冷凝器冷却，然后经过储液干燥器干燥、过滤，经外平衡膨胀阀的节流降压后，再进入蒸发器吸热蒸发，最后蒸发器出来的低压蒸气经过吸气节流阀后，回到压缩机，制冷系统便按此方式进行循环。

蒸发器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，这表明，防止蒸发器表面结冰是由外平衡膨胀阀和吸气节流阀联合控制来完成的。

外平衡膨胀阀的感温包被装在蒸发器的出口处，以感测蒸发器制冷剂的温度。外平衡管将蒸发器的出口制冷剂的压力传送到外平衡膨胀阀的膜片下部，来控制制冷系统流到蒸发器制冷剂的流量。蒸发器温度高，则流量大；温度低，则流量小。

图4-14 吸气节流阀（STV阀）制冷系统工作原理

1—外平衡膨胀阀 2—外平衡管 3—感温包毛细管 4—真空接口 5—吸气节流阀 6—溢油管 7—压缩机 8—冷凝器 9—储液干燥器 10—蒸发器

蒸发器的制冷剂蒸发压力则由吸气节流阀控制。当蒸发器的温度下降到0℃时，吸气节流阀会自动关闭蒸发器的出口，这样只有极少量蒸气被压缩机吸进，以用来保持蒸发器的压力在0℃对应的饱和压力，防止蒸发器结冰。

不过当蒸发器出口被关闭时，压缩机可能出现缺少冷冻润滑油而被损坏。为了预防发生这种状况，在蒸发器的底部设置有一条溢流管流到压缩机，同时，也允许有少量的制冷剂通过溢流管进入压缩机。

传统空调制冷系统与循环控制制冷系统最大的区别是：当蒸发器温度降到0℃以下时，制冷系统，包括压缩机仍在运行；而循环离合器控制的制冷系统只有空调蒸发器的风扇在继续运行。传统空调的制冷系统，只要接通离合器的电源，制冷系统就不停地运行，不断地向车内输送冷空气，车内的温度保持在一个平稳范围内，车内空调舒适性较好。当然，由于压缩机连续运行，就要不断消耗发动机的功率，所以相应地经济性较差，耗油量大。

3.1.2 外平衡膨胀阀的构造和工作原理

膨胀阀根据平衡方式有两种：内平衡膨胀阀和外平衡膨胀阀。两种膨胀阀的结构大致相同，功能相同，只是平衡方式不同。内平衡膨胀阀的膜片下面的平衡压力是从节流后的蒸发器入口处导入的，所以不存在蒸发器管路对蒸气压的影响，和感温包毛细管感测的蒸发器出口压力存在误差。外平衡式膨胀阀膜片下面的平衡压力是从蒸发器出口处经外平衡管导入的，其压力和感温包在蒸发器出口感到的压力相匹配，两者不存在压力误差。所以这种外平衡膨胀阀适合于需要较大制冷量的空调系统。

外平衡膨胀阀的构造由节流降压组件、过热度调节组件和控制机构组成，如图4-15所示。

节流降压组件包括阀体和节流孔；过热度调节组件包括弹簧和调节螺母；调控机构包括感温包毛细管和外平衡管。

外平衡膨胀阀调控制冷剂的原理如下：膜片承受三个力：弹簧力和蒸发器出口处用外平衡管导入的压力，这两个压力之和使膜片向上运动；感温包毛细管内充满感温物质，一般用制冷剂，受热膨胀后，力图使膜片向下运动。当三个力平衡时，膜片位置一定，阀芯和节流孔位置一定，开度也一定，这样，流入蒸发器的制冷剂的流量也一定。

当蒸发器温度升高，感温包内压力升高，同样由外平衡管引进的蒸气压也会升高。但由于感温包内的制冷剂蒸气是饱和蒸气，而外平衡管引进的是过热蒸气，所以感温包内压力升高比外平衡管引进的过热蒸气的压力大得多，将迫使膜片下移，带动顶杆推开阀芯亦下移，使孔口开度增大，制冷剂流量增大。温度越高，流量越大，则蒸发器制冷量越大，降温也越迅速。

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图4-15 外平衡膨胀阀

1—感温包 2—平衡管 3—顶杆 4—毛细管 5—膜片 6—滤网 7—阀体 8—节流口 9—阀芯 10—过热弹簧 11—弹簧座 12—调节螺母 13—外平衡管接口

当温度下降，感温包内压力下降比膜片下方的压力快，弹簧将推动阀芯向上，使小节流孔开度减小，制冷剂流量减少。温度越低，流量越小。

在制冷系统工作时，外平衡膨胀阀不会关死制冷剂通路，只调节流量大小（因为在蒸发器温度降到快冻结温度时，则膜片下方的压力大于感温包内压力，力求关死节流孔）。这是因为当即将关死时，蒸发器的温度马上上升，而蒸发器压力由于在出口处有压力控制阀作用，压力保持某一数值，故膜片上方马上产生一个正压力，推开阀芯。就是说，蒸发器处于低温时，膜片处于一个上下腔压力的动态平衡状态，从而总是维持有少量的制冷剂通过孔口进入蒸发器，以使蒸发器处于不冻结的低温状态。

由上述可知，当制冷系统停止工作时，由于感温包内随温度升高的饱和压力大于蒸发器的过热蒸气压力，外平衡膨胀阀仍有少量制冷剂流通。但是，当膜片处在上下两端压力相等位置时，阀芯仍将关死制冷剂通路。这样，可避免高压端的液体流进低压端，防止压缩机在重新工作时发生“液击”现象。

需要说明的是，应用外平衡膨胀阀最大的好处是能够在系统内调节蒸发器出口的过热度。因为所有的蒸发器压力控制装置都配置了一只压力测量阀，即图4-16中的压力表接口处。将低压表装到压力表测量阀上，起动发动机时，恒定在2000r/min，则过13～15min，观察压力表值，若对应的过热度为3～4℃时，压力表值为0.153～0.189MPa。不论过大或过小，都可以细心地调节螺母，使压力表值逐渐接近上述的值。

3.1.3 吸气节流阀的构造和工作原理

吸气节流阀，英文为Suction Throttling Value，简写为STV。其作用就是控制蒸发器蒸发压力不得超出0.298～0.308MPa压力的范围，以防止蒸发器表面结冰，其构造如图4-16所示。它由三部分组成：控制阀、调节机构、真空膜盒。控制阀上共有五个接口，分别为蒸发器、压缩机、外平衡管、溢油管和压力表接口。阀体内有一个配合精密，可以左右移动的活塞，用于控制蒸发器的蒸发压力。活塞上有一对小孔，目的是当活塞全部封死蒸发器到压缩机的通道时，仍保留有少量的制冷剂输送到压缩机中，以防止压缩机做真空泵运动而耗功，减少能量损失。

图4-16 STV阀

1—主膜片 2—固定套 3—主弹簧 4—紧固螺母 5—调节螺钉 6—外弹簧 7—真空膜盒 8—大气孔 9—压力表接口 10—溢油管接口 11—外平衡管接口 12—活塞

吸气节流阀的工作原理为：主膜片作为控制活塞动作的元件，受到四个力的作用，蒸发压力和膜盒的真空吸力推动活塞向左移动，迫使膜片左移；主弹簧力和大气压力使膜片向右移动。

当蒸发压力为0.298MPa时，活塞刚好关闭蒸发器通往压缩机的通道。此时，主膜片受到的四个力则处于平衡状态。这时由于蒸发器内的饱和温度为-1℃，传到蒸发器表面则为0℃，不会结冰。若汽车高速运动，压缩机的吸力会保持这种平衡状态。当蒸发器的温度高于0℃，则蒸发压力上升，推动活塞左移，在新的位置上达到平衡。温度越高，蒸发压力越高，则活塞越左移，开度越大，配合外平衡膨胀阀的动作，制冷剂流量越大，制冷量越多。温度降低，则反方向移动，减少制冷剂的流量。直到在平衡位置被关死，又达到0℃。

从上面分析可知，控制最小蒸发压力可以通过调节主弹簧的压力来实现，所以，吸气节流阀设有调节螺钉。

由上述可知，吸气节流阀显然会受大气压变化的影响。若汽车在高海拔地区行驶，由于大气压降低，在原设计的关闭通道的平衡位置将被破坏，这样活塞会向左多移一点距离，使蒸发压力比原设计压力更低才平衡，从而引起蒸发器表面结冰现象。

真空膜盒起两个作用：第一个作用是可补偿海拔引起大气压变化的影响。若在高海拔运行时，切断真空膜盒的真空气路，则主薄膜上的平衡作用力缺少了真空吸力，以此来弥补高海拔的大气压下降，使蒸发器的压力仍保持在原设计值上，防止汽车高海拔运行时蒸发器结冰。第二个作用是增加制冷量。道理和第一个作用是一样的，只不过这时是接通真空气路。

目前STV已经被POA阀代替了，所以现在生产的轿车中这种装置已经比较少见。