3第三章 汽车空调制冷系统

本章主要介绍的内容有：汽车空调系统的组成汽车空调组件结构原理,第三章汽车空调制冷系统,第一节汽车空调制冷原理,本节主要介绍的内容有：基本概念制冷剂与冷冻润滑油制冷原理,一、基本概念,1.液化、汽化、凝结与沸腾,热量的传递主要有以下三种方式（如图3-2所示）：,2.热传导、热对流、热辐射,汽车制冷剂种类有很多，现代轿车普遍使用的制冷剂有R12、R22、R77、R134a，几种制冷剂的基本性能的比较见表3-1所示。（1）R12制冷剂基本性能与特点制冷剂R12的学名二氟甲烷，分子式CF2CL2，分子量120.92，R12中第一位数字1表示甲烷衍生，第二位表示数字氟的原子数。R12是一种具有较好的热力性能，冷凝压力较低R12是一种无色、无味、透明、几乎无毒性的制冷剂，但在空气中含量(容积浓度)超过80时会引起人的窒息。R12不会燃烧，也不会爆炸，R12对金属无腐蚀作用，R12能溶解多种有机物，,二、制冷剂与冷冻润滑油,1.制冷剂,R12液体能与矿物润滑油以任意比例互相溶解，R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统。R12对大气臭氧层有破坏作用，（2）R22制冷剂性能与特点学名二氟一氯甲烷，代号R22（HCFC-22），房间空调和不少大、中型制冷机采用R22为制冷剂。R22不燃烧，也不爆炸，其毒性比R12稍大。R22能部分地与矿物润滑油互相溶解，R22在标准大气压力下的蒸发温度为-40.8，R22对大气臭氧层的破坏作用比R12弱一些，,（3）R77制冷剂性能与特点氨有较好的热力学性质和热物理性质，氨能以任意比例与水相互溶解，组成氨水溶液，氨在冷冻润滑油中的溶解度很小，氨对钢铁不起腐蚀作用，氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味，对人体有较大的毒性。氨可以引起燃烧和爆炸，（4）R134a制冷剂性能与特点制冷剂R134a不含氯离子，对大气臭氧层无破坏作用，温室效应影响小、热力性质稳定并与R12接近，一致公认R134a是汽车空调的首选替代工质，如图3-3所示。,基本特性R134a具有与R12不同的化学性质和物理性质。因此，R134a空调系统在结构和材料上都与R12空调系统有很大的区别：R134a无色、无味、不燃烧、不爆炸，基本无毒性，化学性质稳定。不破坏大气臭氧层，在大气中停留时间短，温室效应影响小。分子直径比R12略小，易通过橡胶向外泄漏，也较容易被分子筛吸收。粘度较低，流动阻力小。吸水性和水溶解性比R12高。,与矿物油不相溶，与氟橡胶不相溶。饱和蒸气压与R12接近，在18左右两者具有相同的饱和压力值；在低于18的温度范围内，R134a的饱和压力值比R12略低；在高于18的温度范围内，R134a的饱和压力值比R12略高。蒸发潜热高，定压比热大，具有较好的制冷能力。质量流量小，制冷系统与R12相当或较之略小。相溶性R-134a与冷冻润滑油相溶性R-134a与金属及橡胶相容性R-134a与干燥剂相容性,为保证其正常工作，对冷冻润滑油提出了一些性能要求。冷冻润滑油的凝固点要低，在低温下具有良好的流动性。冷冻润滑油应具有一定的粘度，且受温度的影响要小。冷冻润滑油与制冷剂的溶解性能要好。冷冻润滑油的闪点温度要高，具有较高的热稳定性，即在高温下不氧化、不分解、不结胶、不积炭。冷冻润滑油的挥发性要差。冷冻润滑油的化学性质要稳定。冷冻润滑油应无水分。,2.冷冻润滑油（1）冷冻润滑油性能要求,冷冻润滑油的性能指标主要有粘度、凝固点、闪点、燃点、浊点、水分、酸碱性、机械杂质等。粘度凝固点闪点燃点浊点酸值抗氧化性水分机械杂质)灰分,（2）冷冻润滑油性能指标,国内冷冻润滑油的牌号有4种，即13号、18号、25号和30号。牌号越大，其黏度也越大，其性能如表3-2所示。进口冷冻润滑油一般有SUNISO3GSSUNISO5GS牌号，其性能如表3-3所示。,（3）冷冻润滑油的种类,如图3-4所示。PAG（聚烃乙二醇）ESTER（聚酯类润滑油）,（4）与R134a匹配的冷冻润滑油,冷冻润滑油的性能要求与制冷剂要互溶要有适当的粘度要有较好的粘温性能要有良好的低温流动性要有良好的化学稳定性和抗氧化安定性油膜强度要高吸水性要小具有良好的电气绝缘性能冷冻润滑油使用时注意事项不同牌号的冷冻润滑油不能混用，否则会变质。,（5）冷冻润滑油的正确使用与质量检查,不允许向系统添加过量的润滑油，否则会影响汽车空调制冷系统的制冷量。不能使用变质浑浊的润滑油，否则会影响压缩机的正常运转。冷冻润滑油易吸水，用后应马上将盖拧紧。在加注制冷剂时，应先加润滑油，然后再加注制冷剂。在排放制冷剂时要缓慢进行，以免冷冻润滑油和制冷剂一起喷出。更换制冷系统部件时，应适当补充一定量的润滑油。冷冻润滑油质量检查冷冻润滑油的质量，可以通过化学和物理分析检验质量好坏。在使用过程中，还可从外观的颜色、气味直观地判断出质量好坏。常用的方法有滴纸法和对比法。,汽车空调制冷工作原理如图3-5所示。,三、制冷原理,工作过程压缩机在发动机驱动下旋转，将制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂排出。这些高温高压气态的制冷剂流入冷凝器，在冷凝器冷却风扇作用下冷却，降低制冷剂的温度。将制冷剂的部分热量排入大气中，直至制冷剂降到沸点温度时，高温高压气态的制冷剂便转换为中温度压液态的制冷剂。中温高压液态制冷剂流入干燥器，干燥器过滤制冷剂中的杂质和吸收水分，并储存小部分的制冷剂。过滤后的液态制冷剂流至膨胀阀进行节流，节流后的液态制冷剂立即变为低温、低压雾状的液/气态混合物。这种低温低压的液/气态混合制冷剂在流至蒸发器后吸收了。空气中的热量，由液/气混合态蒸发成气态。此后吸收了空气中热量的气态制冷剂经由压缩机的作用再次循环，压缩机将汽化了的制冷剂抽吸并压缩成高温、高压的气体，又通过高压软管送向冷凝器。这样就完成了一个制冷系统的热力循环。,第二节常见汽车空调制冷系统的种类,本节主要介绍的内容有：离合器恒温膨胀阀制冷系统恒温膨胀阀-吸气节流阀制冷系统储液器-阀组合制冷系统孔管式节流阀制冷系统汽车空调系统的检验与操作,图3-6是内平衡膨胀阀系统的工作原理图。,一、离合器恒温膨胀阀制冷系统,1.内平衡膨胀阀制冷系统的工作原理,工作原理如图3-7所示。,2.H形膨胀阀制冷系统的工作原理,工作原理如图3-8所示。,二、恒温膨胀阀-吸气节流阀制冷系统,1外平衡膨胀阀-吸气节流阀制冷系统工作原理,如图3-9所示。,2.外平衡膨胀-先导阀调节的吸气节流阀制冷系统工作原理,罐中阀制冷系统的工作原理如图3-10所示。,3罐中阀-组合式先导阀调节的吸气节流阀制冷系统工作原理,储液器-阀部件是由吸气节流阀、热力膨胀阀、集储器/干燥器组成的一个整体部件，如图3-11所示。,三、储液器-阀组合制冷系统,孔管式制冷系统主要是由压缩机、冷凝器、积累器（液气分离器）、孔管、蒸发器和鼓风机冷凝器散热风扇组成，各部件之间是采用铜管或铝管和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷系统工作时，制冷剂在动力源压缩机的作用下，以不同的状态在这个密封系统内循环流动。孔管制冷系统见图3-12。（1）孔管式空调制冷系统的四个工作过程压缩过程冷凝过程节流过程蒸发过程（2）孔管系统与膨胀阀系统区别,四、孔管式节流阀制冷系统,卤素检漏灯是一种丙烷（或酒精）气燃烧喷灯，利用制冷剂气体进入喷灯的吸入管内使喷灯的火焰颜色改变这一特性来判断系统的泄漏部位和泄漏程度，其结构如图3-13所示，其判断如表3-4所示。当喷灯的吸入管从系统泄漏处吸入制冷剂时，火焰颜色会发生变化；泄漏量少时，火焰呈浅绿色；泄漏较多时，火焰呈浅蓝色；泄漏很多时，火焰呈紫色。,五、汽车空调系统的检验与操作,1.制冷剂的检漏（1）检漏仪器卤素检漏灯,卤素检漏灯的使用方法：a.向检漏本体和检漏灯上加液态丙烷或无水酒精。b.将点燃的火柴插入检漏灯点火孔内，再按逆时针方向慢慢旋转调节把手，让丙烷气体溢出，遇火就能点燃。c.将燃烧的火焰调节到尽量小，火焰越小，对制冷剂泄漏反应越灵敏。e.把吸入管末端靠近各个有可能泄漏的部位。f.细心观察火焰的颜色。判断出制冷剂系统泄漏的部位和泄漏程度。常用电子检漏仪表有车握式和箱式两种，在使用中，注意一点的是，由于制冷剂不同，各电子检漏仪只能单一的检测某一型号的制冷剂泄漏，而不能检测其他品种的制冷剂，所以，在使用前要先阅读相关使用说明书，如图3-14所示。,电子检漏仪,空调系统常用的检漏方法有外观检漏、压力检漏和真空检漏。通过目视或用手直接触摸来检查制冷系统各接头是否有油泄漏出来，对于比较小的泄漏，可通过检漏仪或肥皂液来检查，如图3-15所示。,（2）检漏方法外观检漏,压力检漏有充氮气压力检漏（如图3-16）和充制冷剂检漏。,压力检漏,检测方法：a.应正确连接歧管压力表，在空调系统没有制冷剂的情况下，先把歧管压力表的高压软管接到空调系统高压维修阀上，把压力表的低压软管接到低压维修阀上，然后把中间管接到氮气瓶上。b.将氮气瓶打开，然后打开歧管压力表高低压手动维修阀，向系统内充注干燥氮气，当其压力达到1.21.5MPa时，关闭歧管压力表高低压手动维修阀。c.用肥皂液涂抹在容易漏气的管路接头处或焊接处，仔细观察有无气泡，如有泄漏则漏气处有气泡涌出，漏气大的地方有微小声音，并出现大量气泡，漏气量小的地方，则间断出现小泡。注意事项：严禁用压缩空气进行检漏，因压缩空气中含有水分，水分随空气进入系统会对系统造成冰堵。而氮气无腐蚀性，无水分，且价格便宜，但瓶装氮气一定要用减压表才能充注。,抽真空是为了排除制冷系统内的空气和水分，它是空调维修中一项极为重要的程序。因为对空调系统进行维修或更换元件时，空气会进入系统，且空气中含一定水蒸气，所以这将要对制冷系统抽真空。抽真空并不能把水分直接抽出制冷系统，而是产生真空后降低了水的沸点，水气化成蒸气被抽出制冷系统，所以抽真空时间越长，系统内残余水分就越小，如图3-17所示。,真空检漏,检漏步骤：步骤1：先把歧管压力表高压软管接到空调系统高压维修阀上，再把低压软管接到低压维修阀上，把中间管接到抽真空机上。步骤2：打开歧管压力表高压手动维修阀与低压手动维修阀，启动真空泵，并观察低压表上的真空表部分，直到将压力抽真空至-80-100kPa左右。步骤3：关闭歧管压力表上的手动高低压阀，关闭真空泵电源开关，观察真空表压力是否回升。如回升则表示空调系统泄漏，此时应进行检漏和修补，若压力表指示针不动，则再打开真空泵，连续抽空1530min，使其压力表指针稳定。步骤4：抽真空完毕后，先关闭歧管压力表高低压手动维修阀，再关闭抽真空机。注意事项：系统检修完毕后，只有抽完真空才能加注制冷剂。制冷剂罐的连接见制冷剂的充注。在抽真空过程中，如发现压力表一直不动或指针一直不降到真空度，说明系统有泄漏，应检修。,结构歧管压力表是由两个压力表（低压表和高压表）、两个手动阀（高压手动阀和低压手动阀）、三个软管接头（一个接低压工作阀，一个接高压工作阀，一个接制冷剂罐或观察窗、真空泵吸入口）组成的。这些部件都装在表座上，形成一个压力计装置（如图3-18a所示）。工作原理压力表是弹簧管式，其结构如图3-18b所示。当具有一定压力的被测工质从接头进入弹簧管时，由于弹簧管内外压力差的作用，使弹簧管膨胀变形，通过拉杆使扇形齿轮转一角度，从而带动小齿轮和指针也转过一个角度，指针所指的读数便是所测的压力。如果被测工质压力低于大气压力时，则弹簧管收缩变形，压力计所示读数便是真空度。,2.制冷剂的排放（1）仪器简介歧管压力表,使用注意事项：a.歧管压力表是一件精密仪表，必须细心维护，不得损坏，且要保持清洁。b.不使用时，要防止水或脏物进入软管。c.使用时要把管中的空气排出。d.压力表接头与软管连接时，只能用手拧紧，不能用工具拧紧。e.R12与R134a不可使用同一个歧管压力表组。两种制冷剂的歧管接头尺寸也不相同，操作时不要混淆。,在维修时，为了方便，配有制冷剂注入阀（如图3-19所示）来配套开罐，而且随车使用制冷剂（常用R12、R134）的注入阀尺寸不同而不相同。,制冷剂注入阀,制冷剂注入阀的使用方法如下：a.按逆时针方向旋转注入阀手柄，直至针阀完全缩回。b.将注入阀装到小型制冷罐上，逆时针方向旋转板状螺母（圆板）直到最高位置，然后将制冷剂注入阀顺时针拧动，直到注入阀嵌入制冷剂密封塞。c.将板状螺母顺时针旋到底，再将歧管压力表上的中间软管固定在注入阀接头上。d.用手充分拧紧板状螺母。e.顺时针方向旋转手柄，使阀针在小罐上开一个小孔。f.若要加制冷剂，就顺针方向旋转手柄，使阀针抬起，同时打开歧管压力表的相应手动阀。g.若要停止加制冷剂，就顺时针方向旋转手柄，使阀针下落到刚开的小孔里，使小孔封闭，起密封制冷剂作用，同时关闭歧管压力表上的手动阀。特别注意：使用制冷注入阀时，制冷注入阀与制冷罐，必需要接紧，防止使用过程中，制冷剂喷出伤人。,在检修或安装汽车空调时，会有一定量的空气和水蒸汽进入制冷系统，这将导致膨胀阀发生冰堵，冷凝器温度升高，制冷系统零部件发生腐蚀等现象，这将需要对制冷系统进行抽真空。真空泵的功用就是对制冷系统抽真空，排除系统内的空气、水分。抽真空并不能把水抽出系统，而是产生真空后降低了水的沸腾点。水在较低压力下沸腾，以蒸气的形式从系统中抽出，如图3-20所示。注意事项：在检测制冷剂后，在为加入制冷剂前，应对系统抽真空，这将影响系统正常的效果。,真空泵,制冷剂的排放有两种：第一种是将制冷剂排放到大气中，现维修厂普遍采用。此排放方法的缺点是污染环境，浪费资源；另一种是回收制冷剂，此方法较好，但是要有回收装置。制冷剂排放的步骤如下：步骤1：关闭表阀高低手动阀，按图3-21接好管路，然后各个控制器调到冷气最冷的位置，发动机转速调到10002000r/min，并运行1015min。步骤2：松开油门，使发动机恢复正常怠速，关闭发动机。步骤3：缓慢打开高压手动阀，在软管出口盖上一块白毛巾，观察毛巾上有无油污，调节制冷剂的流量。,（2）分类制冷剂排放,步骤4：在高压表读数降到0.35MPa以下时，缓慢打开低压手动阀。步骤5：当系统压力下降时，逐渐打开高压和低压手动阀，直到两者压力计的读数达到“0”MPa为止，关闭手动阀。注意事项：a.在排放制冷剂特别是制冷剂R12排放时，周围环境要通风良好。b.排放制冷剂，不要靠近明火，避免制冷剂产生有毒的气体。c.排放制冷剂，不能着车排放，同时，注意要缓慢的打开高压手动阀，避免冷冻机油与制冷剂一起排出。d.注意不要被制冷剂冻伤，如不小心冻伤，应马上用清水冲洗或到医院检查。,制冷剂的回收有三种常见方法：a.冷却法；b.吸附脱离法；c.压缩法。目前在汽车维修行业中常用的是压缩法。冷却法冷却回收装置如图3-22所示。,制冷剂回收,压缩法压缩法工作原理（如图3-23）,操作步骤：步骤1：把回收机上低压管口接头和高压管口接头连接到待服务车的空调系统中，连接前要弄清空调系统所使用的制冷剂类型。步骤2：把回收钢瓶与回收机连接起来，注意要排除软管中的空气。步骤3：接上电源，打开主电源开关。步骤4：按下回收起动开关，系统开始从车辆上回收。步骤5：当车辆的空调系统真空度下降到280mmHg，机器自动关闭，指示灯熄灭。步骤6：关上制冷剂罐上滑门，切断总电源，卸下连接管路。注意事项：通常回收回来的制冷剂要求不能继续使用，其回收过程中因操作不当或管理不善造成制冷剂质量不纯，因此最好将回收的制冷剂进行再生处理。,抽真空是空调维修中一项极为重要的程序，是排除制冷系统内的空气和水气，而实际上抽真空并不能直接把水分抽出制冷系统，而是产生真空后降低了水的沸点、水气化成水蒸气抽出系统外，其抽真空的方法在讲述真空检漏已详细介绍过，这里就不再讲解。,3.制冷系统的抽真空,冷冻润滑油的加注请参阅第二章。由于制冷剂有液态和气态之分，故制冷剂的充注也有两种充注方法。,4.冷冻润滑油的加注5.制冷剂的充注,特点：安全、快捷、运用第一次充注，即经检漏抽真空后的系统充注。操作步骤：当系统抽真空后，关闭歧管压力表上的高、低压手动阀。将中间软管的一端与制冷剂罐注入阀的接头连接起来，如图3-24所示，打开制冷剂罐开启阀，再拧开歧管压力表中间软管上端的螺母，让气体溢出几秒钟，把空气赶走，然后再拧紧螺母。打开高压侧手动阀至全开位置，将制冷剂罐倒立，以便从高压侧充注液态制冷剂。,（1）高压端充注法（液态制冷