汽車空調(diào)節(jié)流控制技術(shù)應(yīng)用分析

史靜偉 吳小翠

摘要：汽車工業(yè)在我國面臨高速穩(wěn)定發(fā)展時期，汽車技術(shù)的更新圍繞安全性、舒適性和節(jié)能環(huán)保性方面發(fā)展。汽車空調(diào)作為汽車舒適性的重要部件，其工作過程的控制是系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文主要探討了汽車空調(diào)節(jié)流控制技術(shù)，就當前汽車空調(diào)節(jié)流控制技術(shù)應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)；節(jié)流控制；電子膨脹閥

1.汽車空調(diào)的概述

1.1汽車空調(diào)的發(fā)展概況

在美國1925年其汽車空調(diào)業(yè)首先出現(xiàn)利用汽車冷卻水通過加熱器供暖的方法。到1927年，發(fā)展到具有加熱器、鼓風(fēng)機和空氣濾清器的比較完整的供暖系統(tǒng)。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(diào)器，成為汽車空調(diào)的先驅(qū)。汽車空調(diào)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(yè)及消費者所認可，汽車空調(diào)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(diào)的功能與質(zhì)量評價指標

1.2.1汽車空調(diào)的功能。汽車空調(diào)的功能是對車內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度進行調(diào)節(jié)，并具有凈化空氣的功能，空調(diào)還能除去風(fēng)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(diào)的質(zhì)量指標。汽車空調(diào)是要使車內(nèi)空氣環(huán)境達到對人體最適宜的狀態(tài)，人對車內(nèi)空氣環(huán)境的舒適感覺與車內(nèi)空氣的溫度、濕度、風(fēng)速及空氣的清新度等因素有關(guān)，能否將車內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)到人體感覺最舒適的程度，是衡量汽車空調(diào)質(zhì)量高低的標準。

2.現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與分類

2.1現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)的基本組成

汽車空調(diào)主要由制冷、加熱、通風(fēng)、操縱控制及空氣凈化系統(tǒng)組成。

2.2制冷系統(tǒng)

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(jié)成露珠，此溫度就是露點溫度。

2.3加熱系統(tǒng)

一般轎車空調(diào)不單獨設(shè)置熱源，把發(fā)動機的冷卻水引入暖風(fēng)散熱器，再利用暖風(fēng)電機使空氣進行流動。加熱系統(tǒng)還可以對前擋風(fēng)玻璃進行除霜。

2.4通風(fēng)系統(tǒng)

包括暖風(fēng)電機、風(fēng)道、風(fēng)門和出風(fēng)口等，把車外的新鮮空氣引入車內(nèi)，通過排風(fēng)口把車內(nèi)的污濁空氣排出車外。

2.5空氣凈化系統(tǒng)

一般由空氣過濾器、排風(fēng)口和陰離子發(fā)生器等組成。

2.6操縱控制系統(tǒng)

一般由電氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和操縱裝置組成，對制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的工作進行控制，同時對車內(nèi)的空氣溫度、風(fēng)量、流向進行調(diào)節(jié)，保證空調(diào)系統(tǒng)正常工作。汽車空調(diào)系統(tǒng)的分類獨立式空調(diào)和非獨立式空調(diào)。

3.目前汽車空調(diào)的節(jié)流機構(gòu)

汽車空調(diào)節(jié)流機構(gòu)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(diào)節(jié)制冷劑流量的作用。在轎車空調(diào)上曾經(jīng)用過節(jié)流孔管和熱力膨脹閥兩大類節(jié)流機構(gòu)，其中節(jié)流孔管只具有節(jié)流作用不具備調(diào)節(jié)流量的功能，因此需消耗較多的機械能，經(jīng)濟性較差，多用在早期的美國產(chǎn)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。

4.膨脹閥電子控制系統(tǒng)

4.1電子膨脹閥概述

電子膨脹閥是按照預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量，因?qū)儆陔娮邮秸{(diào)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。

4.2.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(jīng)過空調(diào)電腦實現(xiàn)多功能的流量控制和調(diào)節(jié)，具有制冷劑流量調(diào)節(jié)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(yīng)迅速

電子膨脹閥的驅(qū)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(qū)動板發(fā)出調(diào)節(jié)指令，由驅(qū)動板向電子膨脹閥輸出電信號，驅(qū)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(diào)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(yīng)的控制手段，因此其對于系統(tǒng)變化的反應(yīng)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(yīng)出過熱度的變化。

4.2.3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(guān)，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(cè)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。

5.電子膨脹閥結(jié)構(gòu)、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(gòu)成，通常所說的電子膨脹閥大多僅指執(zhí)行器，即可控驅(qū)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(qū)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(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(diào)節(jié)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(qū)動電子膨脹閥，它通過給電機驅(qū)動施加一定邏輯關(guān)系的數(shù)字信號，使步進電機通過螺紋驅(qū)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度及閥針的位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。步進電機驅(qū)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。

6.膨脹閥電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)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(diào)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(yīng)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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