汽車空調節流控制技術應用分析

史靜偉 吳小翠

摘要：汽車工業在我國面臨高速穩定發展時期，汽車技術的更新圍繞安全性、舒適性和節能環保性方面發展。汽車空調作為汽車舒適性的重要部件，其工作過程的控制是系統的關鍵。本文主要探討了汽車空調節流控制技術，就當前汽車空調節流控制技術應用進行分析。

關鍵詞：汽車空調；節流控制；電子膨脹閥

1.汽車空調的概述

1.1汽車空調的發展概況

在美國1925年其汽車空調業首先出現利用汽車冷卻水通過加熱器供暖的方法。到1927年，發展到具有加熱器、鼓風機和空氣濾清器的比較完整的供暖系統。1939年，美國通用汽車公司首先在轎車上安裝機械制冷降溫的空調器，成為汽車空調的先驅。汽車空調作為提高汽車乘坐舒適性的一種重要部件已被廣大汽車制造企業及消費者所認可，汽車空調汽裝配已成為汽車中具備舉足輕重的功能部件。

1.2汽車空調的功能與質量評價指標

1.2.1汽車空調的功能。汽車空調的功能是對車內的溫度、濕度、氣流速度進行調節，并具有凈化空氣的功能，空調還能除去風窗玻璃上的霧、霜、冰、雪，給駕駛員一個清晰的視野。

1.2.2汽車空調的質量指標。汽車空調是要使車內空氣環境達到對人體最適宜的狀態，人對車內空氣環境的舒適感覺與車內空氣的溫度、濕度、風速及空氣的清新度等因素有關，能否將車內的空氣調節到人體感覺最舒適的程度，是衡量汽車空調質量高低的標準。

2.現代汽車空調系統的組成與分類

2.1現代汽車空調系統的基本組成

汽車空調主要由制冷、加熱、通風、操縱控制及空氣凈化系統組成。

2.2制冷系統

未飽和空氣如果含濕量不變而溫度逐漸下降，最終會變成飽和空氣。如果溫度再下降，空氣中的一部分水蒸氣就會凝結成露珠，此溫度就是露點溫度。

2.3加熱系統

一般轎車空調不單獨設置熱源，把發動機的冷卻水引入暖風散熱器，再利用暖風電機使空氣進行流動。加熱系統還可以對前擋風玻璃進行除霜。

2.4通風系統

包括暖風電機、風道、風門和出風口等，把車外的新鮮空氣引入車內，通過排風口把車內的污濁空氣排出車外。

2.5空氣凈化系統

一般由空氣過濾器、排風口和陰離子發生器等組成。

2.6操縱控制系統

一般由電氣系統、真空系統和操縱裝置組成，對制冷系統和加熱系統的工作進行控制，同時對車內的空氣溫度、風量、流向進行調節，保證空調系統正常工作。汽車空調系統的分類獨立式空調和非獨立式空調。

3.目前汽車空調的節流機構

汽車空調節流機構的作用是將中溫高壓的制冷劑減壓成低溫低壓的制冷劑，它在某種程度上起著調節制冷劑流量的作用。在轎車空調上曾經用過節流孔管和熱力膨脹閥兩大類節流機構，其中節流孔管只具有節流作用不具備調節流量的功能，因此需消耗較多的機械能，經濟性較差，多用在早期的美國產豪華轎車上，隨著能源危機的出現，在新車型的使用中越來越少，目前基本都采用熱力膨脹閥。

4.膨脹閥電子控制系統

4.1電子膨脹閥概述

電子膨脹閥是按照預設程序調節蒸發器供液量，因屬于電子式調節模式，故稱為電子膨脹閥。它具有熱力膨脹閥無法比擬的優良特性，為制冷系統的智能化控制提供了條件，是一種很有發展前途的自控節流元件。

4.2.電子膨脹閥的優點

電子膨脹閥采用蒸發器出口的溫度或壓力信號，經過空調電腦實現多功能的流量控制和調節，具有制冷劑流量調節范圍大、控制精度高和適于智能控制等特點。

4.2.1電子膨脹閥反應迅速

電子膨脹閥的驅動方式是控制器通過對傳感器采集得到的參數進行計算，向驅動板發出調節指令，由驅動板向電子膨脹閥輸出電信號，驅動電子膨脹閥的動作。電子膨脹閥從全閉到全開狀態其用時僅需幾秒鐘，反應和動作速度快，不存在靜態過熱度現象，且開閉特性和速度均可人為設定。

4.2.2過熱度控制精確性和靈敏度

電子膨脹閥的過熱度是人為通過控制器設定的，只需改變一下控制程序中的源代碼，就可改變過熱度的設定值。系統的實際過熱度是由傳感器采集控制點的參數進行計算得到的，其控制精度遠遠超過熱力膨脹閥。電子膨脹閥的過熱度控制不僅可以對系統目前的狀態進行調節，而且可根據過熱度的變化率等參數對系統的特性進行判別，針對不同的系統變化趨勢采用相應的控制手段，因此其對于系統變化的反應速度和針對性較之熱力膨脹閥優越。另外，電子膨脹閥的感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們在低溫下同樣能準確反應出過熱度的變化。

4.2.3電子膨脹閥可起到節能的作用

在停機時，電子膨脹閥全關，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發器，造成再次啟動時的能量損失。開機前，將膨脹閥全開，使系統高低壓側平衡，然后開機。這樣既實現了輕載啟動，又減少了停機中的熱損失。

5.電子膨脹閥結構、類型

從控制實現的角度來看，電子膨脹閥由控制器、執行器和傳感器部分構成，通常所說的電子膨脹閥大多僅指執行器，即可控驅動裝置和閥體，實際上僅有這一部分是無法完成控制功能的。電子膨脹閥控制器的核心硬件為單片機，電子膨脹閥的傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。從驅動方式分，有電磁式和電動式兩類。

5.1電磁式膨脹閥

電磁線圈通電前，針閥處在全開位置；通電后，由于電磁力的作用，由磁性材料制成的柱塞被吸引上升，與柱塞聯成一體的針閥開度變小。針閥的位置取決于施加在線圈上的控制電壓（線圈電流），因此可以通過改變控制電壓來調節膨脹閥的流量。

5.2電動式膨脹閥

電動式膨脹閥即步進電機驅動電子膨脹閥，它通過給電機驅動施加一定邏輯關系的數字信號，使步進電機通過螺紋驅動閥針的向前和向后運動，從而改變閥口的流通面積達到控制流量的目的。電動機直接帶動閥針做上下移動的為直動型，轉子的旋轉角度及閥針的位移量與輸入脈沖數成正比。步進電機驅動的電子膨脹閥因其更適用微機控制，并有較好的穩定性，而被更多的制冷系統采用。

6.膨脹閥電子控制系統結構設計

該控制系統由傳感器、ECU（電子控制單元）、執行器組成。傳感器為蒸發器出口蒸氣溫度傳感器、蒸發器出口壓力傳感器；電子控制單元的核心元件采用單片機，以對傳感器檢測到的信號進行分析處理，輸出控制信號；執行器為電子膨脹閥。

空調工作時，蒸發器出口壓力傳感器和壓縮機吸氣溫度傳感器將相應檢測信號送至控制器（ECU），控制器將信號進行分析計算后，得出電子膨脹閥的最佳開度，隨后輸出指令控制電子膨脹主閥的步進電機，將閥開到需要的位置，控制好制冷劑的流量，以保持蒸發器需要的供液量。

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