汽车空调的节流控制技术

张丽凤

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030006）

汽车空调的节流控制技术

张丽凤

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030006）

汽车空调节流机构，应在不同工况、不同负荷下保证向蒸发器的供液量与蒸发负荷相匹配，及时地控制过热度，实时有效地调节流量。电子膨胀阀在过热度控制、流量调节方面均优于传统的节流机构，有广阔的应用前景。

汽车空调；节流控制；电子膨胀阀

一、目前汽车空调的节流机构

汽车空调节流机构的作用是将中温高压的制冷剂减压成低温低压的制冷剂，它在某种程度上起着调节制冷剂流量的作用。在轿车空调上曾经用过节流孔管和热力膨胀阀两大类节流机构，其中节流孔管只具有节流作用不具备调节流量的功能，因此需消耗较多的机械能，经济性较差，多用在早期的美国产豪华轿车上，随着能源危机的出现，在新车型的使用中越来越少，目前基本都采用热力膨胀阀。

二、热力膨胀阀的缺点

热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口制冷剂蒸气过热度的大小来调节制冷剂的流量，以维持恒定的过热度，在控制原理上属于比例调节器。虽然热力膨胀阀可以自动调节制冷剂的流量，但它的缺点也是很显著的。

（1）需要蒸发器出口有一定的过热度

进入蒸发器的液态制冷剂离开蒸发器时,通常全部蒸发成气体，但制冷剂仍保持很低的温度,气体将继续吸热,蒸发器出口温度超过了蒸发器中的饱和温度,即蒸发器出口的实际温度和饱和温度之差成为过热度。

过热度是膨胀阀的一个重要指标，是保证最有效利用蒸发器面积和压缩机不发生液击的重要参数。为了防止压缩机不液击，通常需要使蒸发器出口有一定的过热度，也就不能最大限度地发挥蒸发器的换热面积。热力膨胀阀的过热度设定值均为标准工况下的设置，当系统偏离标准工况时，其过热度往往会偏离设定值，这不仅会造成系统效率的下降，而且会引起系统的波动。

（2）流量调节滞后于过热度，控制稳定性差

蒸发器出口处的过热蒸气先把热量传给感温包外壳，感温包外壳本身就具有较大的热惰性，造成了一定的容积延迟，感温包外壳把热量传给感温介质，这又产生了进一步的延迟。因此，膨胀阀工作时，因传递信号的滞后，它的供液量总是在需液量上下波动，两者不能完全吻合，使热力膨胀阀总是处于频繁调解状态，即产生振荡现象。

同时，当膨胀阀开得过大时，蒸发器出口过热度偏低，吸气压力上升；当阀开得过小时，蒸发器供液不足，吸气压力降低。这对整个系统的经济性和安全性都会产生不利影响。

（3）流量调节范围小、调节精度低

与阀针连接的膜片的变形量有限，使得阀针的运动位移较小，故流量调节范围小。当系统参数或空调负荷发生变化时，一旦热力膨胀阀流量调节和系统需求不匹配就会产生系统振荡。膜片由于加工精度和安装等因素，会影响变形灵敏度，难以达到较高的调节精度。当蒸发温度偏离设计值较多时，控制精度将偏差很多。

（4）与变排量压缩机组成的汽车空调系统存在振荡现象

压缩机是空调系统的心脏，目前压缩机变排量技术逐步完善，其运行连续平稳，且空调送风温度波动小，可以降低能耗。变排量压缩机将会在豪华型汽车空调系统中得到广泛的应用。但是At-suoInoue等人在对7缸变排量压缩机和热力膨胀阀组成的汽车空调制冷系统进行试验研究时发现，有系统振荡现象存在，这在一定程度上制约了变排量压缩机的发展。

鉴于热力膨胀阀的以上缺点，节流机构的发展还有很大的空间，随着微电脑控制空调系统的普及，电子膨胀阀将很有希望成为主流的节流机构。

三、膨胀阀电子控制系统

1.电子膨胀阀概述

电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量，因属于电子式调节模式，故称为电子膨胀阀。它具有热力膨胀阀无法比拟的优良特性，为制冷系统的智能化控制提供了条件，是一种很有发展前途的自控节流元件。

2.电子膨胀阀的优点

电子膨胀阀采用蒸发器出口的温度或压力信号，经过空调电脑实现多功能的流量控制和调节，具有制冷剂流量调节范围大、控制精度高和适于智能控制等特点。

（1）电子膨胀阀反应迅速

电子膨胀阀的驱动方式是控制器通过对传感器采集得到的参数进行计算，向驱动板发出调节指令，由驱动板向电子膨胀阀输出电信号，驱动电子膨胀阀的动作。电子膨胀阀从全闭到全开状态其用时仅需几秒钟，反应和动作速度快，不存在静态过热度现象，且开闭特性和速度均可人为设定。

（2）过热度控制精确性和灵敏度

电子膨胀阀的过热度是人为通过控制器设定的，只需改变一下控制程序中的源代码，就可改变过热度的设定值。系统的实际过热度是由传感器采集控制点的参数进行计算得到的，其控制精度远远超过热力膨胀阀。

电子膨胀阀的过热度控制不仅可以对系统目前的状态进行调节，而且可根据过热度的变化率等参数对系统的特性进行判别，针对不同的系统变化趋势采用相应的控制手段，因此其对于系统变化的反应速度和针对性较之热力膨胀阀优越。另外，电子膨胀阀的感温部件为热电偶或热电阻，它们在低温下同样能准确反应出过热度的变化。

（3）电子膨胀阀可起到节能的作用

在停机时，电子膨胀阀全关，防止冷凝器的高温液体流入蒸发器，造成再次启动时的能量损失。开机前，将膨胀阀全开，使系统高低压侧平衡，然后开机。这样既实现了轻载启动，又减少了停机中的热损失。

（4）电子膨胀阀适应智能化发展要求

电子膨胀阀作为一种新型的控制元件，早已经突破了节流机构的概念，它是空调系统智能化的重要环节，也是制冷系统优化得以真正实现的重要手段和保证。

3.电子膨胀阀结构、类型

从控制实现的角度来看，电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器部分构成，通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器，即可控驱动装置和阀体，实际上仅有这一部分是无法完成控制功能的。电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机，电子膨胀阀的传感器通常采用热电偶或热电阻。

从驱动方式分,有电磁式和电动式两类。

（1）电磁式膨胀阀

电磁线圈通电前，针阀处在全开位置；通电后，由于电磁力的作用，由磁性材料制成的柱塞被吸引上升，与柱塞联成一体的针阀开度变小。针阀的位置取决于施加在线圈上的控制电压（线圈电流），因此可以通过改变控制电压来调节膨胀阀的流量。

（2）电动式膨胀阀

电动式膨胀阀即步进电机驱动电子膨胀阀，它通过给电机驱动施加一定逻辑关系的数字信号，使步进电机通过螺纹驱动阀针的向前和向后运动，从而改变阀口的流通面积达到控制流量的目的。电动机直接带动阀针做上下移动的为直动型，转子的旋转角度及阀针的位移量与输入脉冲数成正比。步进电机驱动的电子膨胀阀因其更适用微机控制，并有较好的稳定性，而被更多的制冷系统采用。

4.膨胀阀电子控制系统结构设计

该控制系统由传感器、ECU(电子控制单元)、执行器组成。传感器为蒸发器出口蒸气温度传感器、蒸发器出口压力传感器；电子控制单元的核心元件采用单片机，以对传感器检测到的信号进行分析处理，输出控制信号；执行器为电子膨胀阀。

空调工作时，蒸发器出口压力传感器和压缩机吸气温度传感器将相应检测信号送至控制器（ECU），控制器将信号进行分析计算后，得出电子膨胀阀的最佳开度，随后输出指令控制电子膨胀主阀的步进电机，将阀开到需要的位置，控制好制冷剂的流量，以保持蒸发器需要的供液量。

T

A

1673-0046（2010）12-0182-02