汽车空调R1234yf制冷系统概览

◆文/北京 冯永忠 康永禄

汽车空调R1234yf制冷系统概览

◆文/北京 冯永忠 康永禄

入夏以来，持续出现30℃以上的高温，全球范围内汽车空调占所有空调系统的40%。欧盟排放法规2006/40/EC对汽车空调制冷剂有新要求：自2017年起，在欧盟市场销售的所有新车必须使用R1234yf制冷剂。汽车空调中使用生态友好型制冷剂将会显著减少温室气体的排放。

R1234yf制冷剂有下列优点：1.专门为汽车空调系统设计；2.提供的制冷容量和能量效率可以达到R134a制冷剂的技术参数；3.适用于全球所有气候区域；4.符合全球环保标准；5.全球变暖潜能值GWP=4，比R134a少99.7%；6.臭氧消耗潜能是零；7.无毒。

一、汽车空调专业术语

车辆空调系统基于物理定律，使用一种称为制冷剂的特殊化学试剂。为了更好地理解汽车空调的原理，需先了解学习下列专业术语。

1.热量：热量是一种能量，热量的单位是焦耳，热量可以传递和储存。

2.热交换：热交换是一个过程，两个不同温度的物体之间会发生热交换。进行热交换时，较热的物体将其部分内能传递到较冷的物体。制冷原理是基于热交换。

3.对流：是热传递的途径之一，对流期间流体的温度发生变化。对流通过循环传递热量，只能发生在液体或气体之间。

4.冷：冷是热的较低状态。温度低于冰点的水通常认为比较冷。人体接触到比他体温明显低的物体时就会感觉到冷。

5.沸腾：沸腾是液体状态的改变，在此期间液体会转化成气体。不同液体的沸点不同。沸点还取决于液体的压力。液体的压力越高，沸点也越高。

6.冷凝：也称液化，这时气体变成液体。

7.制冷剂：制冷剂是进行热交换的工质。制冷剂在气态或液态有温度压力函数关系曲线。膨胀过程中，汽车空调制冷剂会冷却空气。

8.膨胀制冷：气体通过膨胀阀后，会迅速膨胀，这种气体的制冷效果非常显著。

二、制冷剂的概述

1.R12制冷剂：1995年以前，汽车空调使用的R12制冷剂，其化学组成是CCl2F2(二氯二氟甲烷)，对臭氧层有破坏作用。

2.R134a制冷剂：现在汽车空调广泛使用的R134a制冷剂，其化学组成是CH2FCF3(四氟乙烷)。R134a制冷剂含有不含氯原子，对臭氧层没有破坏作用，但会排出温室气体。

3.R1234yf制冷剂：新开发的R1234yf制冷剂，化学组成是CF3CF=CH2(四氟丙烯)，被开发者作为R134a制冷剂的替代产品，可以减少温室气体排放。

三、全球变暖潜能值(GWP)比较

不同气体排放对温室效应的贡献使用全球变暖潜能值(GWP)。R1234yf制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)是4，远低于R134a制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)1 430。因此，它产生的温室气体排放比旧的R134a制冷剂显著降低。新的R1234yf制冷剂完全符合欧盟法2006/40/EC对全球变暖潜能值(GWP)低于150的要求，如图1所示。

图1 GWP比较

四、R134a和R1234yf特征对比

R134a和R1234yf特征如表1所示。

五、R1234yf特征介绍

1.R1234yf制冷剂与金属/塑料的反应

纯的R1234yf制冷剂化学性能稳定，不腐蚀铁、铝以及专门开发的塑料。然而，制冷剂中含有杂质就会腐蚀和破坏制冷管路的零部件。不是制冷系统专用物料，如密封圈和软管会被R1234yf制冷剂和冷冻机油腐蚀，发生损坏。氯化物或紫外线污染的R1234yf制冷剂会腐蚀金属和塑料，这可能会导致堵塞，泄漏或空调压缩机活塞上沉积杂物。注意R1234yf制冷剂还能腐蚀锌、镁等金属。

表1 R134a和R1234yf特征表

2.R1234yf制冷剂的颜色和气味

R1234yf制冷剂无色，通常为气态或液态。在观察孔中可能会出现乳白色，这是由于制冷剂中含有冷冻油，不是发生故障。R1234yf制冷剂几乎无味，如果制冷剂泄漏，可能会闻出轻微气味。

3.R1234yf制冷剂的可燃性

R1234yf制冷剂在一定的空气浓度中可燃。与火焰或热表面接触时，制冷剂发生分解，产生有毒的烟雾。紫外线辐射时，R1234yf制冷剂会裂变分解。

4.饱和蒸汽压力

R1234yf和R134a制冷剂饱和蒸汽压力曲线如图2所示。两条曲线非常相似，性能接近。不需要更改压缩机、蒸发器、冷凝器、传感器、执行器、管路等制冷系统零部件。差异仅在控制单元软件的不同。R1234yf制冷剂饱和蒸汽压力温度对应表如表2所示。

图2 制冷剂压力曲线

六、管内换热

新款宝马新7系(G12)等车型的空调制冷系统使用特殊的管内换热系统，蒸发器中温度约为5℃的制冷剂把冷凝器中的制冷剂从55℃冷却到45℃。这增加了蒸发器的性能，降低了制冷剂的循环流量。使空调压缩机的功耗减少，降低了燃料消耗。

由于管内换热，流入压缩机的制冷剂完全蒸发，这样可以防止液态制冷剂进入空调压缩机，如图3所示。

图3 管内换热

七、R1234yf制冷剂的储存与系统维护

由于R1234yf制冷剂的可燃性，必须按规定单独储存。它不应该与油液和润滑剂储存在同一个空间。R1234yf制冷剂的最高储存环境温度是50℃。禁止将R1234yf制冷剂在阳光下曝晒或靠近热源。制冷剂仅储存在制造商或经销商专用的压力瓶内。维护空调制冷系统时，使用R1234yf制冷剂专用加注机，而且只能使用R1234yf原厂加注软管。奥迪/大众R1234yf制冷剂专用加注机如图4所示。

图4 奥迪/大众R1234yf制冷剂专用加注机

R1234yf制冷剂储存在压力瓶中，加注阀是左旋螺纹，压力瓶上配一个单向阀，防止制冷剂倒流。与R134a相比，R1234yf制冷剂很昂贵，所以一定要防止泄漏。如果您需要测试泄漏或执行系统压力测试，总是使用干燥的氮气。如果使用空气，由于制冷剂可能残留在管路中，有爆炸的危险。

1.维护接头

车辆的空调制冷系统配备了两个维护接头。一个连接空调制冷管路的高压侧，另一个连接空调制冷管路的低压侧。这两个维护接头的直径不同，与R134a制冷剂空调的维护接头也各不相同，不能互换，如图5所示。维护接头尺寸对照表如下。维护接头对照表如表3所示。

图5 维护接头

表3 维护接头对照表

2.维护接头盖帽

维护接头都配备了塑料盖帽。这样可以把维护接头密封在里面。为了快速识别维护接头盖帽，R134a制冷剂空调使用黑色盖帽，而R1234yf制冷剂空调使用灰色盖帽。如图6所示。

3.警告标签

警告标签提供关于制冷剂的类型，工厂制冷剂的加注量和冷冻机油的类型。警告标签上的提示符号表示处理制冷剂时的危险性。警告标签一般位于发动机散热器支架附近。如图7所示。

图6 维护接头盖帽

图7 警告标签