1、汽车空调系统控制原理。
汽车空调四大零部件压缩机、冷凝器、充气阀、蒸发器如图1所示。压缩机通过发动机运动,为空调系统的制冷剂循环带来动力,低温低压气体制冷剂通过压缩机压缩成高温高压的气体制冷剂进入冷凝器,高温高压的气体制冷剂在冷凝器中凝结,成为高温高压的液体制冷剂,然后通过膨胀阀成为低温低压的液体制冷剂进入蒸发器,低温低压液体制冷剂在蒸发器内蒸发,压缩成低温低压的气体制冷剂进入冷凝器,进入整个制冷机组。
一般的压缩机启动停止控制方式是通过恒温器感受蒸发器的温度,控制蒸发器在一定温度范围内工作,使空调系统始终在一定温度范围内工作。例如,如果蒸发器温度设置为1关闭,5,当蒸发器温度达到1时,恒温器输出信号会打断压缩机的离合器,导致压缩机停止工作,空调系统内的制冷剂不再循环,空调不再冷却,蒸发器温度上升。蒸发器的温度上升到5时,恒温器输出信号会吸走压缩机离合器,压缩机工作,空调继续冷却。空调系统总是在1 ~ 5范围内运行。
空调系统运行时,蒸发器表面的温度低于空气的机械露点温度,蒸发器表面就会形成凝结水,蒸发器表面的温度在0以下,蒸发器表面的凝结水就会结冰,蒸发器结冰后,空气不再与蒸发器输送热量,空气通过蒸发器表面的冰,蒸发器的传热效率就会大大降低。冰严重时蒸发器表面被冰覆盖,通过蒸发器的空气被蒸发器表面的冰堵塞,机舱内出风口气流减少,通过蒸发器的空气不再与蒸发器传递热量,机舱内出风口的温度上升。机房内的空气通过鼓风机循环空调HVAC一次,如果不降低温度,空调冷却效果就会失效。在系统运行中,我们经常发现空调不冷却时蒸发器已经结霜,形成了厚厚的冰。但是汽车空调结霜不是突发状态,一开始蒸发器的一小部分结霜,蒸发器表面结霜面积逐渐增大的倾向。然后蒸发器的有效传热面积逐渐减少,蒸发器已经进入结霜期,结的霜更多。
空调系统设置蒸发器的工作温度为1 ~ 5,蒸发器表面不应结霜。因为蒸发器的温度下降到1时,恒温器会切断压缩机离合器,空调系统不再工作,空调系统不会结霜。但是实际上汽车空调的结霜问题是一直困扰空调工厂和车辆工厂的问题,这里简单介绍一下汽车空调的结霜原理和解决结霜问题的几点看法。(大卫亚设)。
2、蒸发器恒温器要点。
假设汽车空调设定的蒸发器的工作温度为1关机、5启动,蒸发器的工作温度只能由恒温器感受蒸发器的温度,这并不代表蒸发器的温度。提及蒸发器温度场的均匀性。蒸发器表面温度绝对均匀,也就是说,在空调系统中工作时,蒸发器任何一点的温度都相同,蒸发器就等于1。
实际上,空调蒸发器表面温度取决于位置温度。例如,蒸发器表面的最高温度和最低温度之差为5。图3是特定型号蒸发器的温度场分布图。本产品表面温差为5.57,如果恒温器的温度点选择蒸发器温度较高的“1”点,当蒸发器温度传感器感觉蒸发器温度为1 时,蒸发器其他大部分位置的温度已经在0以下,其中“2”的位置区域已经达到-4左右,如果选择温度较低的“2”点,则温度传感器在蒸发器表面温度为1时处于蒸发器其他位置。这个时候要选择一件事。蒸发器部分结霜,即蒸发器结霜范围保持在可控范围内,可以选择图3中点' 3 '温度区域,当点' 3 '温度区域达到1时,1点周围区域为-2,其他区域大于0时,蒸发器部分结霜,一般结霜范围控制在蒸发器面积的20%以内。其中,霜在空调系统停机时间内蒸发器结的霜融化后,可以吸收空气的热量,停机时间内霜可以完全融化,蒸发器可以最大限度地提高冷却能力。
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3、蒸发器的排水性能
测试蒸发器的排水性能,干球温度27℃,湿球温度25℃,膨胀阀进口压力1.55MPa,膨胀阀进口过冷度5℃,蒸发器出口压力0.2MPa,蒸发器出口过热度5℃,给定风量测试蒸发器的排水量。通过试验对比相同蒸发器参数下的两台芯体,有亲水处理的比无亲水处理的排水量明显多;经过亲水处理的蒸发器芯体表面的张力会减小,蒸发器表面的冷凝水不会聚集,会顺着蒸发器扁管表面迅速流下;而没有经过亲水处理的蒸发器在芯体表面的冷凝水会形成水珠,与蒸发器翅片形成水桥,导致芯体排水不畅。
当空调系统中采用的表面式温控器(采集吹过蒸发器的空气的温度)感温点位置形成水桥,空气将不从该位置通过,那么温控器感受不到吹过蒸发器表面的风的温度,就会出现实际蒸发器表面的温度已经达到1℃,但温控器感温点由于没有空气通过,感受的温度要高于1℃。此时温控器输出的信号使压缩机继续工作,那么蒸发器感温点温度会降至0℃以下,蒸发器就会结霜,空调会继续运行,结果是蒸发器表面就会完全结霜,最终空调失去制冷效果。
温控器感温点位置应选取HVAC中蒸发器通风好的位置。如果选择的位置通风较差,蒸发器表面的冷凝水只靠重力作用向下排,通风差的位置就较容易形成水桥,对温控器采集蒸发器温度极其不利。图5为试验时温控器选择通风位置不佳的蒸发器出现结霜。
试验测试条件:蒸发器侧空气干球温度21℃,湿球温度18℃,冷凝器侧入口空气干球温度21℃,冷凝器进口风速为9m/s,压缩机转速为实车状态下车速100km/h,变速器合理档位时的实际转速,风机电压13.5V(DC)。分别选取在通风最大的位置和通风较差的位置进行试验,然后调节各档位风量,每档位的风量运行60min,测试空调系统是否结霜。结果是通风最大位置无结霜,通风较差位置小风量时30min出现结霜。
实际在汽车高速行驶时,空调系统中膨胀阀会调节空调系统中制冷剂的流量,膨胀阀将进入蒸发器的进口关小以减少进入蒸发器的制冷剂,从而减少空调系统中制冷剂的流量。膨胀阀有调节流量的作用,还有节流降压的作用,这时膨胀阀功能的矛盾就显示出来了,蒸发器出口一端是压缩机高速运转吸收蒸发器内的制冷剂,蒸发器进口一端被膨胀阀关小以减少空调系统中制冷剂的流量;膨胀阀将蒸发器进口关小调节流量的同时,也增加了膨胀阀的降压功能,这时蒸发器内的压力会迅速降低,而蒸发器内部压力降低对应制冷剂的饱和温度也会降低,这也是在汽车高速行驶时蒸发器降温速率快的原因。如果蒸发器内压力降低到对应的饱和温度0℃以下,则此时空调系统没有停机就会出现蒸发器结冰了。
4、结论
在空调系统设计初期就应考虑温控器选点位置,应在通风较好的位置,且该测温点既不能是温度最低点也不能是温度最高点,既要保证蒸发器发挥最大制冷量,又不能使蒸发器表面大面积结霜;在蒸发器排水性能上,要考虑增强蒸发器的排水性,避免蒸发器表面冷凝水形成水桥导致温控器测温失真,不能及时断开压缩机导致空调系统结霜。
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