汽车空调制冷系统的主要零部件

1. 压缩机

汽车空调制冷系统一般采用容积式压缩机。其功能是在系统内产生压差，将已在汽车车厢内吸热而蒸发的低温低压的制冷剂蒸气压缩成高温高压蒸气，将低温热源通过压缩机的做功，变成高温热源，并向周围环境传递热量；同时，还为制冷系统的制冷剂提供循环动力。

汽车空调常见压缩机的主要类型有曲轴连杆式压缩机、斜盘式压缩机、摇盘式压缩机、旋叶式压缩机、滚动活塞式压缩机、涡旋式压缩机等。早期汽车空调主要采用固定容积式压缩机，现代高级轿车则多采用变容积式压缩机。斜盘式压缩机也称斜板式压缩机，它是一种轴向往复活塞式压缩机。目前，它是汽车空调中使用最为广泛的一种压缩机。国内常见的轿车，如奥迪轿车、捷达轿车和富康轿车皆采用斜盘式压缩机作为汽车空调的制冷压缩机，而现在一些高档轿车也出现了变排量压缩机，现以斜盘式压缩机和变排量压缩机为例进行分析。

1）斜盘压缩机结构原理

斜盘式压缩机又称为翘班式压缩机如图7.3 所示。压缩机主要结构有电磁离合器、压板、主轴、斜盘、气缸与活塞、吸气阀片、排气阀片、前缸盖、后缸盖及缸体等。

图7.3　斜盘式压缩机剖面图

1—主轴；2—压板；3—带轮轴承；4—油封；5—密封圈；6—前阀板；7—回油孔；8—斜盘；9—吸油管；10—后阀板；11—轴承；12—机油泵；13—活塞；14—后缸盖；15—后气缸；16—钢球；17—钢球滑靴；18—前后活塞球套；19—前气缸；20—前缸盖；21—带轮；22—电磁线圈

皮带轮通过带轮轴承安装在压缩机体上，它的斜盘和压盘固定在主轴上，钢球用滑靴和活塞的连接架固定。钢球的作用是使斜盘的旋转运动经钢球转换为活塞的直线运动时，由滑动变为滚动，这样减少摩擦阻力和磨损，延长滑板的使用寿命。如今斜盘和滑靴都以耐磨质轻的高硅铝合金材料替换了以前使用的铸铁材料，活塞也用硅铝合金，这样既减小了压缩机运动机件的质量，又提高了压缩机的转速。由于斜盘式压缩机有双向作用，所以在它的两边都装有进、排气阀体总成。各总成上都装有吸气簧片和排气簧片，而且前、后缸盖上有各自相通的吸气腔和排气腔，吸、排气缸用阀垫隔开。

斜盘式压缩机的润滑方式有两种：一种是采用机油泵强制润滑，它多用于豪华型轿车和豪华型小巴士等有较大制冷量的压缩机。另一种没有油底壳和机油泵，而是依靠润滑油和制冷剂一道循环，利用在吸气腔内因压力和温度下降而分离出来的润滑油来润滑压缩机各组件。

斜盘式压缩机工作原理如图7.4，当主轴带动斜盘转动时，斜盘便驱动活塞做轴向运动，活塞在前后布置的气缸中同时做轴向运动，这相当于两个活塞在做双向运动，即前缸活塞向左移动时，排气阀关闭，余隙容积的气体首先膨胀。在缸内压力略小于吸气腔压力时，吸气阀打开，低压蒸气进入气缸开始了吸气过程，一直到活塞向左移动到终点为止。

图7.4　斜盘式压缩机运动原理图

当后缸活塞向左移动时，开始压缩过程，蒸气不断压缩，压力和温度不断上升。当压缩蒸气的压力略大于排气腔压力时，排气阀打开，转到排气过程，一直到活塞移动到左边为止。这样斜盘每转动一周，前后两个活塞各自完成吸气、压缩、排气、膨胀过程，完成一个循环，相当于两个气缸工作。这意味着缸体截面均布3 个气缸和3 个双向活塞时，主轴旋转一周，相当于6 个工作气缸，所以称这种有3 个气缸、3 个双向活塞的压缩机为斜盘式六缸压缩机，也有八缸和十缸压缩机。

2）变排量压缩机

摇盘内压调节式变排量压缩机应用最广变排量压缩机，该压缩机利用一个旋转斜盘，改变活塞行程，以适应制冷排量的需要。旋转斜盘的倾斜度使活塞行程改变，因而制冷剂的排出量便可连续地改变，其范围为3～146 cm3/r。摇盘式变排量压缩机又分为内压调节式和电控压力调节式两种。

（1）内压调节式工作原理（图7.5）。

图7.5　摇盘内压调节式变排量压缩机的原理

① 工作控制阀位于抽吸口低压侧，它随制冷剂抽吸压力的改变而动作。工作控制阀的动作控制了斜盘箱内的压力。旋转斜盘的倾角受斜盘箱内压和活塞气缸的控制。

② 低压侧制冷剂压力随热负荷的增加而增加。此时，控制阀纹管压缩，将低压阀开启而将高压阀关闭。这就使得斜盘箱内的压力与低压侧的压力相等，而气缸内的压力便大于斜盘箱内的压力。在此情况下，斜盘便处于最大行程的位置（最大制冷位置）。

③ 当高速行驶或当环境或车内温度降低时，抽吸侧的制冷压力也降低。当抽吸侧制冷压力降至低于约177 kPa 时，波纹管膨胀。由于抽吸力低，致使抽吸口关闭而排出口开启，于是高压进入抽吸斜盘使斜盘箱内压力增高。绕轴销的作用接近于绕旋转斜盘的作用力，此力来源于活塞前后的压力差。

驱动板和轴销是根据活塞产生最大压力来定位的，活塞压力处于抽吸压力和排出压力之间，接近于抽吸压力。如果斜盘箱内的压力因排量控制而升高，则绕轴销的力将驱使旋转斜盘的倾角减小，因而使活塞的行程减小，换句话说，活塞和斜盘箱内的压力差将随斜盘箱压力的增加而改变旋转斜盘的倾角（改变排量）。

（2）电控压力调节式。

工作原理上变排量压缩机都是相似的，与内压调节式不同之处在于电控式的控制阀有一个电磁阀，电子控制单元从蒸发器出风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节。控制阀由机械元件和电磁阀组成，机械元件由一个位于控制阀低压区的压力敏感元件（真空膜盒）来影响控制阀的调节，电磁阀由电子控制单元通过400 Hz 的通断频率进行控制。

在无电流的状态下，阀门开启，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；全负荷时，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达到 100% 的排量；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低于2%的排量。当系统的低压较高时，压力敏感元件被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和曲轴箱进一步被隔离，从而使压缩机达到 100% 的排量；当系统的吸气压力特别低时，压力敏感元件被释放，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，具体工作过程如下（图7.6）。

图7.6　电控无离合器变排量摇盘压缩机工作过程

压缩机将从蒸发器吸入的气态制冷剂压缩，并将其压至冷凝器。已应用的制冷压缩机不带离合器，也就是说，它总是与发动机一起运转，排量由空调控制单元进行控制。制冷剂输出量及其压力在制冷压缩机内由7 个活塞产生，活塞的升程由一个斜盘控制，斜盘的位置由内部压缩比控制，而内部压缩比又由集成在制冷压缩机内的电磁调节阀控制。调节阀通过改变曲轴箱压力PC 来控制斜盘上力的平衡。调节阀在失电时处于打开状态。这样就产生一个几乎垂直的、不偏转的斜盘位置。此时压缩机功率在0～2%。此状态只用于维持内部润滑。当电子控制装置用一个12 V、0.85 A、400 Hz 的按脉冲宽度调制的信号（PWM）对其进行控制时，调节阀关闭，这就使得曲轴箱压力降低。结果是，斜盘大幅度偏转并由此提高压缩机功率。由此可在2%～100%实现压缩机功率的无级调节。

2. 热交换器

1）冷凝器

冷凝器的功用是将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸汽进行冷却，并使其冷凝成为高温、高压液态制冷剂，并输入贮液干燥器内。

轿车的冷凝器一般安装在发动机冷却系散热器之前，利用发动机冷却风扇吹来的新鲜空气和行驶中迎面吹来的空气流进行冷却。对于一些大、中型客车和一些面包车，则把冷凝器安装在车厢两侧或后侧或顶部。当冷凝器远离发动机散热器时，在冷凝器旁都必须安装辅助冷却风扇进行强制风冷，加速冷却。

冷凝器一般由铜管（或铝管）与散热片（铝片或铁片）组成的热交换器，一般有三种结构，分别为管片式、管带式、平行流式。

管片式冷凝器是由铜质或铝质圆管套上散热片组成，它是汽车空调中早期采用的一种冷凝器，制造工艺简单，其结构如图7.7 所示。片与管组装后，经膨胀和收缩处理，使散热片与散热管紧密接触，以保证热传递的顺畅，并与其他附件组合成为冷凝器总成。这种冷凝器结构比较简单，加工方便，但散热效果较差，一般用在大中型客车的制冷装置上。

管带式冷凝器一般是将多孔小扁管弯成蛇形，在其中安置三角形的翅片或其他类型的散热片。这种冷凝器的传热效率比管片式冷凝器提高约20%，其结构如图7.8 所示。但它的制造工艺复杂，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。

图7.7　管片式冷凝器的结构

1—进气口；2—散热片；3—出气口；4—管道(www.xing528.com)

图7.8　管带式冷凝器的结构

1—进气口；2—管道；3—散热片；4—出气口

平行流式冷凝器制冷剂由管接头进入圆柱形集管，然后分流进入铝制内肋扁管，平行的流到对面的集管，最后通过跨接管回到管接头座。扁管之间嵌有散热翅片。这种冷凝器具有空气侧和制冷剂侧的压力小、传热系数高、质量小、结构紧凑和制冷剂充注量少等特点，更适合R134a 制冷剂。如图7.9 所示，与管带式冷凝器相比，在制冷剂相同的情况下，平行流式冷凝器的制冷剂侧压力降只是管带式的20%，而换热性能提高约75%。

图7.9　平行流式冷凝器的结构

1—圆柱形集管；2—铝制内肋扁管；3—波形散热翅片；4—跨接管；5—管接头

2）蒸发器

蒸发器安装在热力膨胀阀高压通道出口与低压出口通道之间，其功用产生冷气、降温除湿。蒸发器是汽车空调制冷系统中另一个热交换器，其作用与冷凝器相反，是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面周围空气的热量而使之降温，鼓风机再将冷风吹到车室内，达到降温的目的，蒸发器产生冷气的同时，空气中的水分由于温度降低而凝结在蒸发器表面变成水滴滴落到收集器中排出，从而起到除湿的作用。

蒸发器的结构和冷凝器相似，也是由铜管（或铝管）与铝片组成的一种热交换器，只是作用相反，空调蒸发器有管片式、管带式、层叠式三种结构类型。

3. 膨胀阀与膨胀管

1）膨胀阀

在制冷系统中，为了能吸收低温物体的热量，必须将制冷剂的饱和压力降低到比低温物体更低的饱和温度对应的饱和压力，沸腾蒸发才能进行。节流膨胀阀就是将高压的制冷剂降低压力，使其在低于低温物体的温度下沸腾蒸发，吸收热量，将蒸发器周围的空气温度降低，把冷空气输送到车内，降低车内的温度。

膨胀阀的功用：第一个作用是降低制冷剂的压力，使其成为低温低压的饱和液体，保证蒸发器在低温下沸腾蒸发，降低流过蒸发器表面的空气温度。第二个作用是调节供给蒸发器的制冷剂循环量，以适应制冷负荷变化需要。节流口的开度依据蒸发器的温度或压力来控制大小，从而调节供给蒸发器的液量。蒸发器出口的温度高，说明车内空气温度高，需要大制冷量来降温。节流口开度增大，制冷剂流量增大，蒸发器在单位时间里蒸发的制冷剂增多，则吸热量亦增多，反之一样。第三个作用是通过感温包控制蒸发器的出口过热度，防止压缩机出现液击。

膨胀阀的结构原理：膨胀阀安装在蒸发器入口管路上，是一种感压和感温自动阀，用以调整和控制制冷剂进入蒸发器的流量，保证制冷剂在蒸发器内完全蒸发。膨胀阀一般可分为内平衡膨胀阀、外平衡膨胀阀、H 形膨胀阀，H 形膨胀阀有内、外置膜片之分。其中H 形膨胀阀，结构简单，可靠性高，维修调试方便，所以现在大多数轿车都是采用的H 型膨胀阀，下面我们就以H 型膨胀阀说明热力膨胀阀的结构原理。

H 形膨胀阀的构造如图7.10 所示，主要有金属膜片、感温包、预紧弹簧球阀等，金属膜片受到三个力的影响如图7.10（b）所示。外置膜片式金属膜片受到三个力的影响：

（1）膜片上部感温包内的制冷剂蒸气因温度变化产生的压力，此压力是向下的推力，欲打开阀芯，使进入蒸发器的制冷剂流量增加。

（2）膜片下部蒸发器出口的制冷剂过热蒸发压力，此压力是向上的推力，欲关闭阀芯，使制冷剂流量减小。

（3）阀芯下部弹簧的弹力，此压力是向上的推力，与蒸发压力一道欲关闭阀芯，使制冷剂流量减小。

图7.10　H 形膨胀阀结构原理

H 形膨胀阀工作时温度变化产生的压力影响。当因蒸发流量不足而使排气温度升高时，感温包内压也升高，压迫膜片使连杆克服弹簧的弹力而下移，连杆下移带动装在高压处的球阀打开，使蒸发流量增加。当因蒸发流量过大而使排气温度过低时，感温包内压也降低，弹簧使连杆回返，膜片上移。连杆上移带动装在高压处的球阀逐渐关闭，使蒸发流量减少，如此反复使之平衡。

2）膨胀管

膨胀管（孔管）是一根装在塑料套内的小铜管，它可以取代膨胀阀作为节流降压装置。图7.11 为福特公司、大众公司和通用公司使用的膨胀管。与膨胀阀不一样的是，膨胀管没有运动零件，也不可调整，如发生故障，多因堵塞，很难清理，此时最好更换新品。

图7.11　膨胀管

安装膨胀管的空调系统，高压侧没有储液干燥过滤器，但低压侧装有积累器。

4. 储液干燥过滤器与积累器

1）储液干燥过滤器

由于汽车空调正常工作时，制冷剂的供应量大于蒸发器的需要量，所以在高压侧液态制冷剂有一定的储存量。同时由于制冷剂在冷凝器中可能没有完全液化成液态，如果这部分没有液化的制冷剂进入蒸发器，会严重影响到空调制冷效果，因此在高压侧设置一个储液干燥过滤器。储液干燥过滤器的容量为制冷系统工质体积的1/3。储液干燥过滤器，其内部结构如图7.12 所示。

（1）干燥剂：干燥剂是（如硅胶、分子筛等）吸附系统内湿气的固体。硅胶使用广泛，吸水后呈粉红色，干燥后呈深蓝色，故称之为变色硅胶。它可较长时间的存放在系统中，可以放置在两层滤网之间，也可以放在金属丝袋中。其吸湿能力和它的品种、用量和环境温度有关。

（2）滤清材料：滤清材料可防止干燥剂尘污和其他杂物随制冷剂在空调系统内循环。有些干燥剂前后各有一层滤清材料，制冷剂必须通过两层滤清材料和一层干燥剂，然后才能离开储液罐。有些干燥器内没有滤清材料，只有滤网，金属丝网的作用同滤清材料。

（3）出液管：出液管的功能是保证进入热力膨胀阀的制冷剂全部是液体。进入储液罐的制冷剂是气、液混合物，气体在上、液体在下，出液管的下管口深入罐底，因此从中通过的只有液体，发往膨胀阀的制冷剂也必然是液态。

（4）视液镜（观察窗）：视液镜用来指示系统中制冷剂的循环流动情况（通过观察气泡来判断制冷剂的液量）。当发生缺液或含有水分时，视液镜的观察玻璃能显示不同的颜色和气泡，同时还能观察管路中冷冻油的流动情况。在观察玻璃下设置有随水分含量变化而变化的指示片，水分极少时呈淡蓝色，水分增多时变为淡红色。有些汽车空调制冷系统中视液镜直接安装在过滤器与膨胀阀之间，也可旁通在立管或水平管上。

图7.12　储液干燥过滤器的内部结构

2）积累器

积累器和储液干燥过滤器类似，但装在循环离合器孔管（CCOT）系统的低压侧，装有积累器的空调系统都用膨胀管。积累器的结构如图7.13 所示。积累器的主要功能是用于防止液态制冷剂液击压缩机，也用于储存过多的液态制冷剂，内含干燥剂也起储液干燥过滤器的作用。制冷剂从积累器上部进入，液态制冷剂落入容器底部，气态制冷剂积存在上部，并经上部出气管进入压缩机。在容器底部，出气管弯处装有带小孔的过滤器，允许少量的积存在管弯处的机油返回压缩机。但液体制冷剂不能通过，因而要用特殊过滤材料。