第三章-汽车空调制冷系统原理-课件

第三章 汽车空调制冷系统原理汽车空调检测与维护第三章汽车空调制冷系统汽车空调制冷系统 学习目标学习目标1熟练掌握汽车空调制冷系统的组成及工作原理；2掌握汽车空调制冷系统各基本元件的作用、原理及结构类型；3掌握压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器等部件的作用、类型、结构及工作原理；4理解变排量空调压缩机的优点及工作原理。3.1 制冷系统的基本组成及工作原理知识链接知识链接知识链接知识链接知识链接知识链接知识链接知识链接3.2 汽车空调压缩机3.2.1 3.2.1 对汽车空调压缩机的要求对汽车空调压缩机的要求 对由轿车发动机驱动的制冷压缩机而言，其转速受发动机转速的影响，变化很大，而且工作条件很差。因此，对汽车空调压缩机在性能和结构上提出了一些特殊要求。要有 良好的低 速性能，即在低速 运转时也有 较大的制冷 能力和较高的效率。高速运行时功耗小，以节省油耗，并保证发动机的动力性。体积 小，重量 轻，满足 汽车对零 部件小型化 的要求。可靠性高，能经受恶劣的运行条件。要 求压缩机能耐 高温、高压 和振动冲击，保证密封 性能良好。运转 平稳，噪 声低，振 动小，启 动转矩小，减少压缩机对汽车的不利影响。3.2.2 3.2.2 汽车空调压缩机的作用及分类汽车空调压缩机的作用及分类汽车空调压缩机的作用3.2.2 3.2.2 汽车空调压缩机的作用及分类汽车空调压缩机的作用及分类空调压缩机的分类空调压缩机的分类如表3-1所示。3.2.3 3.2.3 汽车空调压缩机的润滑和密封汽车空调压缩机的润滑和密封 压缩机在工作过程中，内部运动部件做高速运动，必须要有可靠的润滑措施保证摩擦副的正常工作，以减少磨损并带走大量热量，同时还起到密封的作用。一般压缩机润滑有两种方式：一种是飞溅润滑，靠运动部件高速旋转时产生的离心力将润滑油甩到各个需润滑部位；另一种是利用压缩机后端的油泵（多是转子式内啮合齿轮泵）把油送到需要润滑的地方。油泵的内齿与压缩机主轴相连，外齿固定在后缸盖上。3.2.3 3.2.3 汽车空调压缩机的润滑和密封汽车空调压缩机的润滑和密封3.2.3 3.2.3 汽车空调压缩机的润滑和密封汽车空调压缩机的润滑和密封3.2.3 3.2.3 汽车空调压缩机的润滑和密封汽车空调压缩机的润滑和密封3.2.3 3.2.3 汽车空调压缩机的润滑和密封汽车空调压缩机的润滑和密封3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机 如图如图3-83-8和和3-93-9所示，回转斜盘式压缩机主要由左、右汽缸，双向活塞，所示，回转斜盘式压缩机主要由左、右汽缸，双向活塞，滚珠，斜圆盘及主轴等组成。当主轴旋转时，由于斜盘的作用（斜盘与主轴滚珠，斜圆盘及主轴等组成。当主轴旋转时，由于斜盘的作用（斜盘与主轴制成一体），使活塞左、右往复运动，左、右两汽缸不断地完成吸气制成一体），使活塞左、右往复运动，左、右两汽缸不断地完成吸气压缩压缩排气过程，而使制冷剂（气态）压力升高。排气过程，而使制冷剂（气态）压力升高。3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机回转斜盘式压缩机的优点回转斜盘式压缩机的缺点3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机 由于进出口形状简单，由于进出口形状简单，并且没有吸气阀，吸气压并且没有吸气阀，吸气压力损失小，故压缩效率高力损失小，故压缩效率高 采用新型圆柱形排气采用新型圆柱形排气阀，装配简单，同时可增阀，装配简单，同时可增大容积效率大容积效率 只有一个刮片，机械只有一个刮片，机械损失和摩擦损失小，效率损失和摩擦损失小，效率高，功耗小，振动小，转高，功耗小，振动小，转速高，运转平稳速高，运转平稳 结构紧凑，零件数少，结构紧凑，零件数少，重量轻，寿命长重量轻，寿命长 制造精度要求高制造精度要求高3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机 涡旋式压缩机工作原理及结构如图3-16和图3-17所示。定子和转子的型线是相同的，两者相互错开180，整个动圈无自转运动，而是绕中心做公转运动。3.2.4 3.2.4 典型汽车空调压缩机典型汽车空调压缩机3.3 热交换器3.3.1 3.3.1 热交换器的作用与热交换器的作用与要求要求 冷凝器的作用是通过增大压力（用压缩机）和降低温度（用冷却风扇等），使制冷剂很快从气态变为液态，同时向外界放出热量。而蒸发器的作用是通过降低压力（用膨胀阀），使制冷剂从液态变为气态，同时吸收车厢内空气的热量。3.3.1 3.3.1 热交换器的作用与热交换器的作用与要求要求 冷凝器是用来排除制冷剂蒸汽热量的换热设备，而蒸发器则是吸收被冷却介质（空气）的热量，即产生冷量的设备。在汽车空调中，对这两种换热器的基本要求如下：换热效率要高 重量轻，安装空间小 制冷剂侧及空气侧的阻力小 抗振性能好，耐腐蚀，不易产生泄漏3.3.2 3.3.2 热交换器的主要材热交换器的主要材料料3.3.3 3.3.3 冷凝器冷凝器 小轿车的冷凝器一般安装在发动机水箱的前面，也有安装在水箱两侧的。冷凝器的芯子有管片式、管管片式、管带式、鳍片式和多元平行流式带式、鳍片式和多元平行流式4种。3.3.3 3.3.3 冷凝器冷凝器3.3.3 3.3.3 冷凝器冷凝器3.3.3 3.3.3 冷凝器冷凝器3.3.3 3.3.3 冷凝器冷凝器3.3.4 3.3.4 蒸发器蒸发器3.3.4 3.3.4 蒸发器蒸发器3.3.4 3.3.4 蒸发器蒸发器 工作过程中，蒸发器表面温度较低，工作过程中，蒸发器表面温度较低，空气中的湿气通过蒸发器表面时就空气中的湿气通过蒸发器表面时就会在其表面凝成水珠，时间稍长，会在其表面凝成水珠，时间稍长，水珠很可能在两翅片间形成水珠很可能在两翅片间形成“水水桥桥”，既影响蒸发器热交换能力，既影响蒸发器热交换能力，又形成腐蚀物质沉积，使铝材受到又形成腐蚀物质沉积，使铝材受到腐蚀，产生白色粉状物。这种白粉腐蚀，产生白色粉状物。这种白粉既影响热交换，还会被吹进车内，既影响热交换，还会被吹进车内，污染车内环境。为解决污染车内环境。为解决“水桥水桥”和和“白粉白粉”问题，即改变凝露水珠在翅片上的问题，即改变凝露水珠在翅片上的沉积和提高翅片表面的耐腐蚀能力，一般对蒸发器进行表面亲水处理，以提高沉积和提高翅片表面的耐腐蚀能力，一般对蒸发器进行表面亲水处理，以提高蒸发器的换热能力和延长其使用寿命。蒸发器的换热能力和延长其使用寿命。亲水处理是让翅片表面生成具有亲水性亲水处理是让翅片表面生成具有亲水性的耐腐蚀薄膜，能使凝露水珠的高度减小，使水珠一滴到其表面就能迅速扩散，的耐腐蚀薄膜，能使凝露水珠的高度减小，使水珠一滴到其表面就能迅速扩散，形成极薄的水膜，此即为形成极薄的水膜，此即为“膜状冷凝膜状冷凝”，从而避免形成，从而避免形成“水桥水桥”，减小风阻，减小风阻，改善热交换效果。改善热交换效果。3.4 节流膨胀机构3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀热力膨胀阀的结构与工作原理热力膨胀阀的结构与工作原理 内平衡式膨胀阀的工作原理如图3-24所示，膨胀阀膜片承受3个力的作用，它们分别是感温包内制冷剂气体对膜片的压力pf、蒸发器进口处制冷剂的压力pe（通过内平衡孔连通）、弹簧的弹力ps。3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀工作原理工作原理 当pfpeps时，膜片不动，阀处于某一开度，制冷剂保持一定流量。当pfpeps，即若制冷装置负载增大（例如车厢内温度升高），制冷剂提前全部蒸发，L1加长，过热度增大，蒸发器出口处气态制冷剂的温度升高，使感温包内压力pf上升，使pfpeps，这时膜片通过推杆将阀针朝下推，使阀的开度增大，进入蒸发器的制冷剂流量加大，制冷量亦增大。当pfpeps时，则与上一步相反。3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀 制冷剂在蒸发器内部管道流过时，由于有流动阻力存在，在蒸发器出口处会产生压力下降，其内部管道越长则压力下降就越大。对内平衡式来讲，为了打开阀门，就要有更大的过热度，而要增大过热度，就必须减少制冷剂的流量，这样就使系统制冷量减小。故内平衡式只适用于制冷量要求较小、蒸发器压力损失小的车型。而外平衡式膨胀阀能够充分发挥蒸发器的容积效率，在轿车空调上使用较多。一般而言，汽车空调中蒸发温度多定在0 左右。在内平衡式的基础上，堵住内平衡孔，在膜片下方至蒸发器出口处加一外平衡管，即变成了外平衡式膨胀阀。其工作原理如图3-25所示。此时pe变成了pe（蒸发器出口处的压力）。显然pepe，即要达到同样的阀开度，外平衡式所需的过热度小一些，故蒸发器的容积效率可以提高。3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀 H型膨胀阀的工作原理及膜片受力图如图3-26和图3-27所示。其承受的力分别为感温盒内液体对膜片的压力pf、蒸发器出口处的压力pe、弹簧弹力ps。当pfpeps时，膜片不动，阀保持一定开度。当车厢温度上升时，pf也上升，导致pfpeps，通过推杆使球下移，阀的开度增大，制冷剂流量增大，制冷量加大。当车厢温度过低时，与上述过程则刚好相反。如此调节，使制冷量与制冷负载相匹配。3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀膨胀阀在安膨胀阀在安膨胀阀在安膨胀阀在安装时，应注装时，应注装时，应注装时，应注意以下几点：意以下几点：意以下几点：意以下几点：3.4.1 3.4.1 热力膨胀阀热力膨胀阀3.4.2 3.4.2 节流膨胀管（节流孔节流膨胀管（节流孔管）管）节流膨胀管没有运动件，且结构简单，制造成本低，工作可靠性高，同时节省能耗（由于有气液分离器，压缩机在纯气态制冷剂下启动，使启动容易，节能15%30%），压缩机的使用寿命延长。3.4.3 3.4.3 组合阀罐组合阀罐3.4.3 3.4.3 组合阀罐组合阀罐3.5 制冷系统其他辅助部件3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器储液干燥器的作用3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器储存多余液体储存多余液体 可储存制冷系统的部分制冷剂，以满足制冷负荷变化时的流量变化要求，同时可以补充系统的微量渗漏。储液罐的容量约为系统制冷剂体积的三分之一三分之一。罐体有钢制和铝制钢制和铝制两种。吸收系统中的水分吸收系统中的水分 如果制冷系统中有水分存在，会带来以下问题：系统中水分来源来源主要如下：3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器过滤制冷剂中的杂质过滤制冷剂中的杂质 杂质易堵塞系统中的孔，增大压缩机磨损，同时会引起制冷剂不能正常流动。观察制冷剂的流动情况观察制冷剂的流动情况系统中杂质的主要来源如下：在制冷系统工作过程中，可以通过储液干燥器上的观察玻璃观察制冷剂的流动情况，从而判断制冷系统的工作状况。另外，储液干燥器也可以完成气液分离的作用。3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器 常见的干燥剂主要有硅胶和分子筛硅胶和分子筛两种类型。SiO2（硅胶）在干燥状态下呈蓝绿色，吸水后呈粉红色，用过后的硅胶可在烘箱内进行脱水再生处理再生处理（但颜色不能复原颜色不能复原，且不能用明火明火烤）。Ca5A分子筛又称为5A分子筛或钙分子筛，它是一种白色球状或条状的吸附剂，它对含水分低、流速大的液体和气体均有极强的干燥能力。除吸附水分外，还可吸附NH3，H2S，CO2，CO，SO2及一些有机气体。它的使用寿命较长，可再生可再生处理后重新使用，但价格稍贵价格稍贵。它是一种保护装置，装在储液器头部，用螺塞拧入。螺塞中间是低熔点合金，当制冷剂温度升高到9595105 105 时，易熔塞熔化，制冷剂逸出，避免系统内温度与压力过高而出现零部件损坏。通过它可以看出制冷剂的流动状态，进而判断系统的工作情况。在正常怠速状态下，从观察玻璃处应能看清制冷剂在流动（有极少量气泡夹杂在液态制冷剂中）。当发动机由怠速逐渐加怠速逐渐加速到速到1 500 r/min1 500 r/min时时，气泡消失，几乎看不见，说明制冷剂量合适；若制冷系统工作时，一点气泡都看不见，说明加注过量或制冷剂一点气泡都看不见，说明加注过量或制冷剂已经泄漏完；若气泡过多，说明加注不足。已经泄漏完；若气泡过多，说明加注不足。3.5.1 3.5.1 储液干燥器储液干燥器储液干燥器的安装储液干燥器在安装时，应注意以下问题：注意进、出口标识：“IN”与“OUT”或“”不能接反，否则起不到相应的作用。储液干燥器要安装在通风良通风良好、远离热源的地方好、远离热源的地方，通常安装在汽车面罩和水箱之间。汽车面罩和水箱之间。储液干燥器要直立安装斜度直立安装斜度不要大于不要大于1515。工作中若发现储液干燥器进、出口温差很大，说明其内部有堵堵塞现象。塞现象。在空调系统的维修中，储液干燥器必须最后一个最后一个接入系统中，以防止空气进入干燥器。以防止空气进入干燥器。?3.5.2 3.5.2 气液分离器气液分离器 当膨胀阀使用节流膨胀管时，由于其管孔大小不能改变，故流入蒸发器的制冷剂流量不能被控制，压缩机高速运转时进入蒸发器的制冷剂过多，使制冷剂不能全部汽化，液态制冷剂便进入压缩机，造成压缩机的“液击”损坏。因此，使用节流膨胀管的系统中都在低压侧装有气液分离器（又称为吸气储液吸气储液器、积累器或集液器器、积累器或集液器），如图3-32所示，它除使气液分离外，还起干燥和过滤作用，故不必在高压侧安装储液干燥器。3.5.3 3.5.3 油分离器油分离器 汽车空调系统工作时，有一小部分冷冻润滑油因受高温的影响而汽化，随制冷剂一起进入冷凝器和蒸发器中，在其管壁上形成一层附着油膜，使其热交换能力下降油膜，使其热交换能力下降，降低制冷效率。特别是对冷冻油量较冷冻油量较大大的回转式压缩机（如螺杆式），这种影响就更为严重。因此，有些汽车空调系统在压缩机与冷凝器压缩机与冷凝器之间装有油分离器，其作用是将从压缩机出来的夹杂在制冷剂中的冷冻润滑油重新排回压缩机中去。3.6 变排量空调压缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机 摇摆斜盘式比回转斜盘式压缩机在结构上容易实现排量的改变。经过多年研究，DELPHI公司于1979年研制成功并于1985年正式批量生产新型V-5型可变排量摇摆斜盘式压缩机。接着日本杰克塞尔公司也开发出一种排量可变的五缸斜盘式压缩机。日本三电公司于1989年公布了七缸可变排量压缩机的构造和原理。3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压缩机摇摆斜盘式变排量压缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机 日本三电公司开发出七缸摇板式可变排量压缩机，取名为SD7V10，后又相继开发7V12，7V16等规格，其结构如图3-35所示。SD7V10与上述摇板式可变排量压缩机在结构上的主要区别是采用不同的摇板防旋转机不同的摇板防旋转机构和摇板箱压力控制机构。此构和摇板箱压力控制机构。此种压缩机是利用滑块和导轨来种压缩机是利用滑块和导轨来防止摇板旋转的防止摇板旋转的，结构更简单。而摇板箱压力控制机构采用质摇板箱压力控制机构采用质量流动补偿控制阀（量流动补偿控制阀（MFCVMFCV），它仅能调节从摇板箱到吸气腔的气体量。3.6.1 3.6.1 摇摆斜盘式变排量压摇摆斜盘式变排量压缩机缩机 另外，日本电装公司在1996年底新开发出紧凑型摇板式可变排量压缩机，代号为7SB16。美国通用公司于1997年在此基础上开发出了CVC系列变排量压缩机。这两种压缩机结构基本相同，只在导向销部分结构略有区别。7SB16具体结构如图3-36所示。由图3-36中可以看出，此种压缩机采用空心活塞，使重量减轻，运动惯性减小，因而转速可达9 000 r/min。摇板防旋转机构采用滑履斜盘结构，简化了结构。而且采用双导向销支撑摇板的移动，使摩擦力减小，排量变化范围增大。控制阀上座拥有4个力，分别是吸气压力ps、排气压力pd、摇板箱压力pc和作用在控制阀膜片上的弹簧力pa。3.6.2 3.6.2 变排量涡旋式压缩机变排量涡旋式压缩机3-37工作原理1、在压缩机的离合器与发动机脱开时，活塞式控制阀6在弹簧3的弹簧力作用下处于右侧极限位置，回流气体调节孔9处于全开状态。压缩机开始运转时，从涡旋体外圆周吸入的气体还没有被压缩之前，一部分气体就沿着涡旋体底板上开设的回流气体出口1流出，经中间压力腔10上的回流气体调节孔9又回流至吸气侧（如图中箭头所示），压缩机处于卸压卸压状态。2、在压缩机正常工作时，排气腔中的高压气体经过滤网12，节流孔11进入活塞式控制阀的右侧，控制阀在高压气体的作用下克服弹簧3的弹簧力，向左移动至极限位置，回流气体调节孔9被完全堵死，吸入气体没有回流。工作原理 专注涡旋技术3、随着空调系统负荷工况的变化，压缩机的吸气压力下降，当低于波纹管7内设定压力时，波纹管会伸长，并顶开导向球阀8，控制阀右侧的高压气体通过球阀漏入吸气侧，右侧压力降低，使控制阀又在弹簧力作用下右移，回流气体调节孔9开启，吸入气体产生回流，中间压力腔10中的气体也通过9流入吸气侧。根据控制阀右移的位置来调节回流气体调节孔的开启度，以控制吸入气体的回流量，当控制阀右移到一定位置时，吸气压力便达到波纹管内的设定压力，实现了自动调节。4、如压缩机吸气压力升高，波纹管在由通气孔5引入的吸气压力作用下开始收缩收缩，右使导向球阀8关闭，控制阀右侧压力升高，当右侧气体力大于弹簧3的弹簧力时，控制阀左移，关闭回流气体调节孔9，吸入气体不再回流。专注涡旋技术返回返回返回导航返回导航 专注十年涡旋技术Company Logo3.6.2 3.6.2 变排量涡旋式压缩机变排量涡旋式压缩机表3-3 几种变排量涡旋式压缩机规格3.7 压缩机拆卸与安装3.7.1 3.7.1 总成拆卸总成拆卸 拔下蓄电池插头。排放制冷剂。拆卸高、低压管，封闭管口，防止异物侵入。拆卸电磁离合器导线。拆下驱动皮带。拆卸压缩机固定螺栓。拆下压缩机，压缩机位置如图3-38所示。3.7.2 3.7.2 斜盘式压缩机分解斜盘式压缩机分解 一般型号压缩机和离合器的主要部件组成如图3-39所示，压缩机装配如图3-40所示。3.7.2 3.7.2 斜盘式压缩机分解斜盘式压缩机分解 拆下辅助阀。将压缩机机油放入量瓶，测量放出的冷冻油数量，如图3-41所示。拆下前盖，如图3-42所示。拆下前阀板。拆下毛毡。拆下轴封，如图3-43所示。拆下后盖、后阀板、活塞等元件。安装时与拆卸相反顺序，但要注意以下事项：前阀板上有“F”记号。后阀板上有“R”记号。用压缩机机油润滑新密封圈与油封。压缩机机油注入压缩机将比拆下时同样数量冷冻油多20 mL加入压缩机。压缩机解体装配后要进行密封性检查。3.7.3 3.7.3 整体安装整体安装3.8 压缩机的维护与保养3.8.1 3.8.1 压缩机保养压缩机保养 汽车空调压缩机为一个精密的机械机构，需要经常进行运转，使其机械结构得到润滑。空调系统有其特殊性，一年中只用上几个月的时间，因此建议在不使用空调季节，也必须每星期让空调运转一次，每次运转510 min（若冬天制冷系统启动不了时，可直接对压缩机离合器线圈通电实行运转），以提高压缩机的使用寿命。这样做有以下好处：3.8.2 3.8.2 日常检查日常检查