張麗鳳

（山西交通職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

汽車空調的節(jié)流控制技術

張麗鳳

（山西交通職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

汽車空調節(jié)流機構，應在不同工況、不同負荷下保證向蒸發(fā)器的供液量與蒸發(fā)負荷相匹配，及時地控制過熱度，實時有效地調節(jié)流量。電子膨脹閥在過熱度控制、流量調節(jié)方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的節(jié)流機構，有廣闊的應用前景。

汽車空調；節(jié)流控制；電子膨脹閥

一、目前汽車空調的節(jié)流機構

汽車空調節(jié)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(jié)制冷劑流量的作用。在轎車空調上曾經用過節(jié)流孔管和熱力膨脹閥兩大類節(jié)流機構，其中節(jié)流孔管只具有節(jié)流作用不具備調節(jié)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(xiàn)，在新車型的使用中越來越少，目前基本都采用熱力膨脹閥。

二、熱力膨脹閥的缺點

熱力膨脹閥是通過感受蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣過熱度的大小來調節(jié)制冷劑的流量，以維持恒定的過熱度，在控制原理上屬于比例調節(jié)器。雖然熱力膨脹閥可以自動調節(jié)制冷劑的流量，但它的缺點也是很顯著的。

（1）需要蒸發(fā)器出口有一定的過熱度

進入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑離開蒸發(fā)器時,通常全部蒸發(fā)成氣體，但制冷劑仍保持很低的溫度,氣體將繼續(xù)吸熱,蒸發(fā)器出口溫度超過了蒸發(fā)器中的飽和溫度,即蒸發(fā)器出口的實際溫度和飽和溫度之差成為過熱度。

過熱度是膨脹閥的一個重要指標，是保證最有效利用蒸發(fā)器面積和壓縮機不發(fā)生液擊的重要參數(shù)。為了防止壓縮機不液擊，通常需要使蒸發(fā)器出口有一定的過熱度，也就不能最大限度地發(fā)揮蒸發(fā)器的換熱面積。熱力膨脹閥的過熱度設定值均為標準工況下的設置，當系統(tǒng)偏離標準工況時，其過熱度往往會偏離設定值，這不僅會造成系統(tǒng)效率的下降，而且會引起系統(tǒng)的波動。

（2）流量調節(jié)滯后于過熱度，控制穩(wěn)定性差

蒸發(fā)器出口處的過熱蒸氣先把熱量傳給感溫包外殼，感溫包外殼本身就具有較大的熱惰性，造成了一定的容積延遲，感溫包外殼把熱量傳給感溫介質，這又產生了進一步的延遲。因此，膨脹閥工作時，因傳遞信號的滯后，它的供液量總是在需液量上下波動，兩者不能完全吻合，使熱力膨脹閥總是處于頻繁調解狀態(tài)，即產生振蕩現(xiàn)象。

同時，當膨脹閥開得過大時，蒸發(fā)器出口過熱度偏低，吸氣壓力上升；當閥開得過小時，蒸發(fā)器供液不足，吸氣壓力降低。這對整個系統(tǒng)的經濟性和安全性都會產生不利影響。

（3）流量調節(jié)范圍小、調節(jié)精度低

與閥針連接的膜片的變形量有限，使得閥針的運動位移較小，故流量調節(jié)范圍小。當系統(tǒng)參數(shù)或空調負荷發(fā)生變化時，一旦熱力膨脹閥流量調節(jié)和系統(tǒng)需求不匹配就會產生系統(tǒng)振蕩。膜片由于加工精度和安裝等因素，會影響變形靈敏度，難以達到較高的調節(jié)精度。當蒸發(fā)溫度偏離設計值較多時，控制精度將偏差很多。

（4）與變排量壓縮機組成的汽車空調系統(tǒng)存在振蕩現(xiàn)象

壓縮機是空調系統(tǒng)的心臟，目前壓縮機變排量技術逐步完善，其運行連續(xù)平穩(wěn)，且空調送風溫度波動小，可以降低能耗。變排量壓縮機將會在豪華型汽車空調系統(tǒng)中得到廣泛的應用。但是At-suoInoue等人在對7缸變排量壓縮機和熱力膨脹閥組成的汽車空調制冷系統(tǒng)進行試驗研究時發(fā)現(xiàn)，有系統(tǒng)振蕩現(xiàn)象存在，這在一定程度上制約了變排量壓縮機的發(fā)展。

鑒于熱力膨脹閥的以上缺點，節(jié)流機構的發(fā)展還有很大的空間，隨著微電腦控制空調系統(tǒng)的普及，電子膨脹閥將很有希望成為主流的節(jié)流機構。

三、膨脹閥電子控制系統(tǒng)

1.電子膨脹閥概述

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

2.電子膨脹閥的優(yōu)點

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

（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(shù)進行計算，向驅動板發(fā)出調節(jié)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(tài)其用時僅需幾秒鐘，反應和動作速度快，不存在靜態(tài)過熱度現(xiàn)象，且開閉特性和速度均可人為設定。

（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(tǒng)的實際過熱度是由傳感器采集控制點的參數(shù)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(tǒng)目前的狀態(tài)進行調節(jié)，而且可根據(jù)過熱度的變化率等參數(shù)對系統(tǒng)的特性進行判別，針對不同的系統(tǒng)變化趨勢采用相應的控制手段，因此其對于系統(tǒng)變化的反應速度和針對性較之熱力膨脹閥優(yōu)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。

（3）電子膨脹閥可起到節(jié)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(fā)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(tǒng)高低壓側平衡，然后開機。這樣既實現(xiàn)了輕載啟動，又減少了停機中的熱損失。

（4）電子膨脹閥適應智能化發(fā)展要求

電子膨脹閥作為一種新型的控制元件，早已經突破了節(jié)流機構的概念，它是空調系統(tǒng)智能化的重要環(huán)節(jié)，也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化得以真正實現(xiàn)的重要手段和保證。

3.電子膨脹閥結構、類型

從控制實現(xiàn)的角度來看，電子膨脹閥由控制器、執(zhí)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(zhí)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。

（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(lián)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(jié)膨脹閥的流量。

（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(shù)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(shù)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(wěn)定性，而被更多的制冷系統(tǒng)采用。

4.膨脹閥電子控制系統(tǒng)結構設計

該控制系統(tǒng)由傳感器、ECU(電子控制單元)、執(zhí)行器組成。傳感器為蒸發(fā)器出口蒸氣溫度傳感器、蒸發(fā)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(zhí)行器為電子膨脹閥。

空調工作時，蒸發(fā)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(fā)器需要的供液量。

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