汽车空调系统电子流量调节问题研究

宋帅

摘要：随着国际汽车市场竞争激烈程度的提高，汽车企业也越来越注重汽车驾驶的舒适性，而汽车空调的使用性能是汽车驾驶的舒适性的重要表现。随着科学技术的进步，人们对汽车空调技术也提出了更高的要求，汽车空调技术也在向着更智能、电子控制与显示更精密的方向发展。本研究分析探讨了汽车空调系统电子流量调节问题研究。

关键词：汽车空调；电子流量调节

1.汽车空调系统以及其工作原理

1.1汽车空调系统的组成和结构分析

汽车空调系统：由暖风装置、制冷装置、通风装置、空气净化装置和加湿装置中的一个或多个部件以及必要的控制部件等构成，用于调节乘员舱内的温度、湿度和洁净度，并使其以一定速度在车内定向流动和分配，从而给驾驶员和乘员提供舒适的环境及新鲜空气的系统。其关键零部件为压缩机、冷凝器（附带储液干燥器）、蒸发器和膨胀阀，下面进行具体的介绍：

（1）压缩机：压缩机对于整个系统来说相当于心脏的作用，它是整个系统的关键所在也是动力源所在。压缩机有两个重要功能：一是使系统内产生低压条件；二是把气态制冷剂从低压压缩至高压，并使其温度提高，这两种功能同时完成。压缩机维持制冷剂在制冷系统中的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压气态制冷剂，压缩气态制冷剂，使其压力和温度升高，并将压缩后的制冷剂送进冷凝器。压缩机是制冷系统中低压和高压、低温和高温的转换装置，压缩机正常工作是实现热交换的必要条件。

（2）冷凝器：冷凝器是具有大量的金属叶片的一组弯曲的管道，结构形式主要有管片式、管带式和平行流式三种，从管片式向管带式发展，并主要向平行流动式发展，其结构原理如下图示：

为了在气体通过时更好与叶片接触，从而更好地完成冷凝过程，平行流动式的内部结构又在不断发展，以利于进一步提高换热效率和减轻重量，平行流动式冷凝器从单元平行流动式发展成多元平行流动式。由于采取减薄管片厚度、增加管子内肋片、翅片开切口、改变翅片形状及开口角度等措施，加大了翅片散热面积，强化了气侧和液侧的热交换效率，更好地完成物质之间的热量传递和交换。冷凝器的安装位置为车头的水箱处，因为车头水箱位置通风较好，方便气体的冷凝。

储液干燥器就是在制冷系统中临时性地存储制冷剂的部件，它会根据制冷负荷的需要，随时供给蒸发器，并对系统中的水分和杂质进行干燥和过滤，即存储制冷剂，过滤杂质和吸收湿气。主要由储液器、干燥剂、过滤器、观察窗和安全装置（易熔塞）等几部分构成。其中储液器主要用于储存和供应制冷系统内的液体制冷剂，以便工况变动时能补偿和调节液体制冷剂的盈亏；过滤器主要用于过滤清除掉杂物和污物，保证制冷剂顺利流通；干燥剂用来吸收制冷剂中的水分；易熔塞是一种安全措施，一般装在储液干燥器的头部，用螺塞拧入。

（3）膨胀阀：汽车空调系统的膨胀阀为内均衡式设计，制冷剂作为高压液体进入入口和滤网中，必须通过计量口，由其控制流动，其结构如下图二所示。由于制冷剂通过计量口，它由高压液体转为低压液体。在空调单元中，膨脹阀的开度大小决定了进入蒸发器内部冷媒量的多少，在一定程度上也同时决定了蒸发器出口冷媒的过热度的大小。

（4）蒸发器：汽车空调蒸发器按照结构型式分为管片式、管带式、层叠式和平行流式四种结构，换热效果依次递增。在压缩机的作用下，液态制冷剂通过膨胀阀的节流控制作用雾化并进入（低压）蒸发器，制冷剂在蒸发器盘管内沸腾汽化，由液态蒸发成气态的制冷剂温度降低，从而使蒸发器盘管、吸热片温度降低。穿过蒸发器的空气把车室内的热量传给蒸发器较冷的表面，因此冷却了车室内的空气。随着车室内热量由空气传给蒸发器，空气中的水蒸气（含湿量）凝结在蒸发器的外面，并成为液态水被排掉，蒸发器罩底部排水管把水导出至车外。空气脱湿是空调系统为乘客提供舒适的附加特性。

1.2 汽车空调系统的工作原理

汽车空调系统工作的原理与其他制冷系统的基本工作原理相似，都是在外界输入功的作用下，通过水的蒸发、冷凝过程来达到降低空气温度的目的。一般来说，汽车空调系统包括空气净化、制冷以及采暖这三个部分，而本研究主要针对汽车空调系统的制冷工作环节进行研究。

首先，压缩机将蒸发器里的低压制冷剂气体吸入到压缩机气缸里，然后通过压缩机将低压制冷气体压缩形成相对来说高温高压的气体，再经过冷凝器进行冷凝环节，形成高压常温的气体，再通过膨胀阈降温降压，将高压常温的气体形成低温低压的液体，将形成的低温低压的液体在蒸发器装置中进行蒸发吸热，最终汽化成气体，以此种方式进行吸取空气中的温度，从而降低空气温度。汽车空调系统就是以这种循环的方式将冷风送入汽车内部空间，达到制冷的效果。

2.汽车空调系统电子流量调节现状分析

汽车空调在运行过程中由于气候、路况、负荷以及发动机的运转情况的变化而出现不同程度的磨损情况。其制冷系统通常分别由相应的节流元件和热力膨胀阀进行调整和控制，但由于这些元件在运行过程中，信号传递出现延迟、动作机构不是很适应剧烈的工况变化，当汽车的空调处于较高的车速环境之下，其制冷系统的蒸发器十分容易出现结霜的现象，在恶劣环境下甚至会丧失工作能力。不但会降低车主的用车舒适度，还会严重破坏整个制冷系统。根据很多汽车售后数据的统计结果分析显示，有超过三分之一以上的汽车空调系统损坏原因是膨胀阀过热度控制失灵而导致吸气带液产生液击，进而产生故障。要想改善这种现状，可以使用节流元件，比如电子膨胀阀，它可以在控制器的控制下由相应的程序对其进行相应的控制和开度调整，改变这种现状。例如，可以将电子膨胀阀引入到汽车空调制冷系统中，这样很可能会解决目前的汽车空调流量节流的各种问题。

在整个电子产业中，电子膨胀阀应用到其他类型制冷装置中十分常见，曾经有研究学者就指出了，在未来汽车空调行业中，电子膨胀阀肯定会代替传统热力膨胀阀，因为它能够及时处理制冷剂流量突变问题，现在这已经应验了，随着电子膨胀阀研究逐步深入，结构逐步成熟，质量逐渐稳定，现已成功应用于汽车空调系统中，尤其是新能源车型上，其优势更加凸显。

3.电子流量控制系统

作为汽车空调中的一个重要元件，电子膨胀阀的主要作用是节流调节。它的控制方法在很大程度上取决于空调控制器的特點和控制要求，一般可采用PWM、LIN通讯等控制防止方式。空调控制器通常要兼顾保证行车人舒适和节能环保两个原则，在整个运行和控制过程中，它不仅通过迅速降低车内温度尽可能地为驾乘者提供稳定的理想环境，而且还要在各种负荷条件下保持较大的效能比，因此，合理有效控制整个空调系统的压缩机、制冷剂流量、蒸发器等部分之间的关系是十分重要的。而这一控制过程在很大程度上依赖于膨胀阀开度的调节，故而，电子膨胀阀在汽车空调系统中具有举足轻重的地位。

对于电子膨胀阀的控制要从两方面考虑，一方面汽车空调压缩机运行功率是变化的，因此电子膨胀阀对制冷剂流量的控制必须满足压缩机转速变化这一特点，以保证其正常发挥功能，保证系统的稳定性。另一方面，制冷剂流过蒸发器运行需要一个最佳液面，因而制冷剂流量也要考虑这个因素，此时主要控制对象是蒸发器的过热度。因此，在汽车空调控制器中，设计电子膨胀阀的输入参数时，应该充分考虑压缩机的转速和蒸发器的过热度这两个条件。将由压缩机转速确定的开环控制和汽车内部换热器过热度模糊闭环反馈的控制结合起来，能够形成一个比较完善的控制系统，这种控制系统能够很好地调节电子膨胀阀的开度，将压缩机转速作为参数输入能使膨胀阀的设计更加符合实际使用情况，取得更好的效果。

比如：首先使制冷剂的流量、蒸发器的风机、冷凝器风机风量最大限度的满足压缩机功率的需求；其次电子膨胀阀在较短的时间内迅速接近目标控制值，从而提高系统反应能力；再次可避免空调启动初期电子膨胀阀过热度迟钝问题的出现，并降低因此引发的调节困难；最后，因为在运行过程中，压缩机转速开环控制发挥了良好的调控作用，使得系统稳定性和控制精度大大增加。因此，在确定过热度反馈调节过程中可以考虑的更加细致，能够更加灵活和精确的对系统进行调节，避免了单纯的过热度调节过程中震荡过大的现象，调节的更加精细和稳定，需要的时间进一步缩小。

结语

电子膨胀阀具有传统热力膨胀阀的作用，同时还具有自身的优势，调节范围广.控制精度高。同时还能起到电磁阀的作用。使用电子膨胀阀不但能够使车内的温度迅速平稳接近预设的数值，并且保持稳定，而且还能实现效能比的最大化。

参考文献

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（作者单位：长城汽车股份有限公司；

河北省汽车工程技术研究中心）