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空调系统构造及原理



一、 汽车空调的基本原理

() 汽车空调三项基本原理

1)热只能从高温物体流向低温物体。

2)若环境空气温度高于制冷剂R-12温度,处于“沸腾”状态的制冷剂则蒸发,并从周围空气中吸收热量。如:空调蒸发器。若环境空气温度低于制冷剂R-12温度,处于“沸腾”状态下的制冷剂R-12,则冷凝为液体二把热量排入周围空气。如:空调冷凝器。在同一温度条件下,处于“沸腾”状态下的制冷剂R-12,既可以液态形式,也可以气态形式出现。

3)制冷剂R-12的沸点与它的压力有关。压力升高时,沸点升高;压力降低时,沸点降低。

() 空调制冷循环四个基本过程

以上述三项基本原理为基础,形成空调循环过程,见16-1

1.压缩过程

空调压缩机对制冷剂R-12气体加压,加热,借以在系统内循环。

2.放热过程

冷凝器从R-12气体中排出热量,气体变为液体。

3.节流过程

温度及压力较高的制冷剂R-12液体在膨胀阀处降压节流,以雾状(细小液粒)形式排出膨胀阀。

4.吸热过程

蒸发器吸收热量,液体R-12雾化,转变为气体。如此不断重复循环。


二、
捷达轿车空调构造及原理

() 系统简介

汽车空调构造(16-2)主要由四种基本部件组成:

1)由发动机驱动的空调压缩机。

2)限制、节流装置:膨胀阀。

3)蒸发器(热交换器)

4)冷凝器(热交换器)

5)空调管路。

() 原理

制冷剂R-12从压缩机排气口排出,经过冷凝器,进入膨胀阀。冷凝器装在汽车散热器的前面。制冷剂R-12离开膨胀阀,进入蒸发器,此后,又由低压空调管送入压缩机进气口,蒸发器装在空调箱内。

压缩机运转后,从蒸发器内吸入制冷剂,经过压缩后排入冷凝器。此时,降低了蒸发器内的压力,提高了冷凝器内压力。一旦建立起适当的压力差,膨胀阀就开启,允许制冷剂从冷凝器返回到蒸发器,其速度与压缩机从蒸发器内吸入制冷剂的速度相同。在诸条件下,系统各点的压力达到了各自的平衡点。但是冷凝器压力应高于蒸发器的压力,蒸发器的压力要保证足够低,使制冷剂的沸点远远低于车厢内的温度。因此,液体R-12蒸发后从车厢内吸热,然后,以气体形式离开蒸发器。R-12气体经过压缩机时,由于压缩机对R-12作功带来热量而不能使R-12液化,而是以高温从压缩机排出。R-12蒸汽进入冷凝器后,由于该处系统压力高,足以使R-12的沸点大大高于外界环境温度。于是,气体R-12先冷却到它的沸点,然后再冷凝为液体。制冷剂携带的热量由周围环境的空气吸收。由于冷凝压力高于蒸发压力,液体R-12又重新通过膨胀阀,如此往复循环。

1.空调压缩机构造及其原理

功能:压缩机把低压的制冷剂压缩成高压的制冷剂。

压缩机是空调制冷系统的心脏。捷达轿车使用斜盘摇板式压缩机。

该压缩机为五缸,高度小,耐疲劳、耐磨损、寿命长,密封可靠、结构复杂、制造精度要求高。该压缩机的主要参数如下:

压缩机:

缸径:35mm 平衡:小于30gcm

冲程:28.6mm (压缩机与离合器驱动盘)

排量:138cm3 质量:5.1kg

转速范围:500-6000r/min 制冷剂:R-12 1000±50g

润滑油量:135±15cm3 旋转:正时针或逆时针

(Suniso5GS或同规格) 最大瞬时转速:7000r/min

电磁离合器:

离合器线圈工作电压12V DC 功耗43W

最大电流3.58A(20°C) 最低工作电压7.5V(空气隙0.6mm)

脱开扭矩253.9Nm 起动静摩擦扭矩:34.3Nm

(2500r/min,离合200次后) 带轮直径:132mm

最大持续转速7000r/min

压缩机可分为进排气机构、离合机构、缸体及斜盘摇板机构四个部分,见16-3

进排气机构主要部件是阀板。根据气缸的位置,阀板装于压缩机缸体与缸盖之间,隔开气缸和缸盖上的进排气通道。缸盖上开式进气道与阀板配合,形成闭合通路。在排气道的尽头开有压缩机进排气孔。阀板上装有五对钢制的进排气阀片。当压缩机活塞处于吸入冲程时,排气阀片受缸孔中真空作用及阀片上部制冷剂的压力作用而闭合,同时同一活塞的吸气阀片开启,使从蒸发器送来的低温低压R-12蒸气通过缸盖上的进气孔,进气通路进入气缸。

当活塞处于排气行程时,气缸中R-12蒸气受压,形成高温高压的蒸气推开排气阀片排出气缸,并通过缸盖上的排气道排出压缩机。此时,吸气阀片因受排气压力而闭合。

压缩机的电磁离合器用于接通和断开传动系统。主要由带轮—转子,固定在压缩机壳体上的离合器线圈—定子,及其通过钢片弹簧固定在压缩机轴前端的驱动盘组成。

当电流通过离合器线圈时,产生强磁场使压缩机驱动盘克服弹簧钢片的张力,与转动带轮吸合,使驱动轮和带轮同步转动,驱动压缩机轴旋转,如16-4。一旦电磁离合器断电,磁场消失,在弹簧恢复力作用下,驱动盘与带轮分离,压缩机停止工作。

压缩机的核心机构是斜盘摇板。斜盘固定在压缩机轴上,与压缩机轴同步旋转。圆形摇板中心用钢球支承固定在缸体的摇板轴上。摇板通过连杆与缸孔中的活塞相连。活塞为铝制,有一道密封环。摇板由斜盘驱动,作圆周摇动,如16-5所示。当压缩机工作时,作圆周摇动的摇板通过各缸体的连杆使各缸的活塞作往复运动,使制冷剂R-12蒸气进入或排出气缸。


2.冷凝器构造及其原理

制冷剂在蒸发器里吸收热量,并通过压缩机对制冷剂加压,制冷剂热量就更大,所以必须通过冷凝器的作用,由空气将热量带走。

功能:空气从高压制冷剂蒸气中吸取热量,使气态的制冷剂冷凝为液态制冷剂。

冷凝器有一组有翅片的盘管。翅片可增大冷凝器的总面积,并可支承着盘管。利用其有限的空间,力图获得最大的传热效果,见16-616-7

冷凝器面对迎风的流动方向。高压高温R-12蒸气从压缩机流向冷凝器顶部,然后再通过盘管。热先从制冷剂传至冷凝器翅片,又从翅片扩散到空气中。

3.贮液罐结构及其原理

贮液罐位于冷凝器的下方。由贮罐,滤网,干燥剂,吸出管组成,见16-8

贮液罐的三个功能:

1)用来贮存制冷剂。贮存从冷凝器传送来的液态R-12,以便供给蒸发器使用。

2)过滤R-12。过滤空调系统中R-12中含有的杂质,如尘埃、油泥、焊剂及金属微粒。防止杂质损坏缸壁,轴承,堵塞滤网和阀口。

3)吸收R-12中的湿气。因为湿气可腐蚀堵塞空调系统。

4.膨胀阀的结构及其原理

(1)功能及原理

R-12流入蒸发器必须加以控制,实现下述二个目标:

a.得到最大限度的制冷量。

b.保证制冷剂R-12在蒸发器内完全蒸发。

为实现上述目标,要求膨胀阀具有下述三个功能(16-9)

1)节流降压使得从贮液罐来的高温高压液态制冷剂变成低压低温的制冷剂,即:保持压力差。

2)节流降温节流过程中因部分制冷剂状态变化而吸热,使得制冷剂温度下降,以利于温差传热。

3)调节蒸发器中的注液流量根据感温元件感受蒸发器中出口制冷剂温度来调节阀针升程和阀门开度,达到控制制冷剂流量的目的。

定义:在汽车空调系统中,使蒸发器内制冷剂产生压力降的调节流量装置称为膨胀阀。

(2)捷达轿车膨胀阀结构

捷达空调制冷系统采用H型内平衡热力膨胀阀,该阀结构如16-10所示。阀体为锻件,铝合金立方体结构。其内部通路形同英文大写字母H。它有四个分布在两侧的接口与汽车空调系统相连。上部为回气通道;一个接口与蒸发器出口相接,另一个接口接压缩机进气口。下部为供液通道:一个接口与贮液罐出口相连,一个接口接蒸发器入口。其中间通路为一锥形阀,球阀与之相配合形成可变的节流装置。

感温膜盒内的弹簧膜片上部充有膨胀液,膨胀阀下部有一可调弹簧座。

在外界温度作用下,膨胀液膨胀使膜片上方得到一个向下的压力,该压力通过顶杆和传动杆作用于球阀,使阀口间隙变化。膜片下方受蒸发器蒸发压力及弹簧力的向上支承力。当上述二力平衡时,阀门形成一定的开度。

膜片上部的压力取决于外部温度。外部温度高时,阀口开度大,进入蒸发器的制冷剂R-12(液态)量大;相反,外部温度低时,阀口开度小,进入蒸发器的制冷剂量变小。

(3)工作过程

1)膨胀阀打开(16-11)启动压缩机以后,蒸发器内已有的压力会降低。因此,吸气压力P2很低。从空调装置外壳传到感温膜片上的温度,决定了感温膜片的压力P1。当温度上升时,P1压力亦升高。此时,P1压力比调节弹簧的反作用力及吸气压力P2之和大。膜片则会朝下的方向移动。通过传动杆将力作用于膨胀阀,使其开启,R-12则向蒸发器喷洒,从而降低它的压力和温度。

2)膨胀阀关闭(16-12)由于R-12蒸发后温度下降,这个变化将传到感温膜片盒内的气体,气体遇冷收缩,从而降低了膜片上的压力P1。压力下降后,调节弹簧及吸气压力的合力大于压力P1,因此,膜片将回到原位,关闭膨胀阀,不再向蒸发器提供R-12

上述二过程为一种恒温调节过程。该过程可保证进入蒸发器内的R-12的数量与蒸发的数量相等,从而保证R-12通过蒸发器后完全以气态进入压缩机。

5.蒸发器工作原理

蒸发器的作用与冷凝器的作用相反,它是吸收被调空间热量的装置。

经膨胀阀节流后的R-12在蒸发器内蒸发气化吸热制冷。

从膨胀阀出来的R-12为液态。当液体压力下降,液体立刻沸腾或蒸发变为气态。随之大量吸收热量这种吸热是通过温度降低的蒸发器从周围空气中获取的其结果使周围空气温度下捷达空调系统的蒸发器为管片式,装在车厢内仪表板内的空调箱总成里。

6.高、低压开关工作原理

低压开关装在低压空调管一侧,位于冷凝器和贮液罐之间。

若系统制冷剂短缺时,低压开关将断开电磁离合器,使压缩机停止工作,避免损坏压缩机。

高压开关装在高压空调管一侧,位于压缩机和冷凝器之间。若系统堵塞或冷凝器过热,高压偏高。为避免损坏系统部件,高压开关使压缩机停止运转。

7.除霜开关原理

在周围环境温度一定的条件下,蒸发器温度越低,则换热温差越大,换热效果越好。

但是当蒸发器温度低于0°C时,蒸发器的翅片将因结霜而堵塞,这将严重阻碍蒸发器的热交换,使空调制冷系统失去制冷能力。为此,必须把蒸发器温度控制在0°C左右。完成该功能的部件是除霜开关。除霜开关具有对蒸发器温度有敏感能力。

当蒸发器温度达到0°C左右时,为避免结霜,除霜开关动作,断开电磁离合器电路,使压缩机停止工作。待蒸发器温度升高后,除霜开关回位,接通电磁离合器,压缩机又开始正常工作。

除霜开关是一种温度控制开关,靠感应蒸发器温度的变化来控制压缩机工作。

8.视液窗

视液窗(观察窗)装在制冷剂空调管的中间,位于膨胀阀与冷凝器之间(16-13)

功能:随时观察制冷系统R-12流动状态,为诊断系统故障,确定制冷剂短缺,过剩等提供直观依据。

三、 空气调节配置系统

空调器总成是空气配置系统的主要组成部分。它由鼓风机、蒸发器、热交换器、风门、出风口等构成,其壳体为注塑件的箱体,内壁贴以泡沫保温材料。功能主要是配制适宜的温度、湿度及流量的空气,见16-14

新鲜空气/循环空气真空阀一侧的风门称为气源门。它决定被调节的空气是来自车外的新鲜空气还是来自车厢内部的循环空气。

中央风门真空阀一侧的仪表板出风口将由此门流入的被调节空气从仪表板上的出口处流入车厢。

除霜/下出风真空阀一侧的除霜出风口及(地板)下出风口将由此风门送出的气流从各除霜风口流出,以清除前风档玻璃上的霜或雾气,也可将被调节的空气送入距地板较低的送风口。

温度风门设在空调器总成壳体内。此门有两个极限位置,决定将被调节的全部空气的流向:经过热交换器或部分通过热交换器或不通过热交换器,即决定着流往该风门的风量。

16-14可知,蒸发器布置在前,热交换器居后。在两者之间设置一温度风门。温度风门的开度决定着蒸发器和热交换器之间通道截面的大小。当温度风门全关闭时,从蒸发器出来的气流不经过热交换器,故此时为制冷功能。而温度风门完全开启时,被蒸发器冷却后的空气需经热交换器的加热流入车厢。

温度风门最突出的特点:通过控制温度风门的开度随机调节车厢内的温度。

由于进入空调器总成中被调节空气含有水份及微尘,经蒸发器的降温使水分析出并凝结在蒸发器上,附着在蒸发器片上的微尘和水滴经空调器壳体底部的排水管流出车外,保证进入车内的空气干燥、清新和洁净。


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