汽车空调节流控制技术应用分析

史静伟 吴小翠

摘要：汽车工业在我国面临高速稳定发展时期，汽车技术的更新围绕安全性、舒适性和节能环保性方面发展。汽车空调作为汽车舒适性的重要部件，其工作过程的控制是系统的关键。本文主要探讨了汽车空调节流控制技术，就当前汽车空调节流控制技术应用进行分析。

关键词：汽车空调；节流控制；电子膨胀阀

1.汽车空调的概述

1.1汽车空调的发展概况

在美国1925年其汽车空调业首先出现利用汽车冷却水通过加热器供暖的方法。到1927年，发展到具有加热器、鼓风机和空气滤清器的比较完整的供暖系统。1939年，美国通用汽车公司首先在轿车上安装机械制冷降温的空调器，成为汽车空调的先驱。汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要部件已被广大汽车制造企业及消费者所认可，汽车空调汽装配已成为汽车中具备举足輕重的功能部件。

1.2汽车空调的功能与质量评价指标

1.2.1汽车空调的功能。汽车空调的功能是对车内的温度、湿度、气流速度进行调节，并具有净化空气的功能，空调还能除去风窗玻璃上的雾、霜、冰、雪，给驾驶员一个清晰的视野。

1.2.2汽车空调的质量指标。汽车空调是要使车内空气环境达到对人体最适宜的状态，人对车内空气环境的舒适感觉与车内空气的温度、湿度、风速及空气的清新度等因素有关，能否将车内的空气调节到人体感觉最舒适的程度，是衡量汽车空调质量高低的标准。

2.现代汽车空调系统的组成与分类

2.1现代汽车空调系统的基本组成

汽车空调主要由制冷、加热、通风、操纵控制及空气净化系统组成。

2.2制冷系统

未饱和空气如果含湿量不变而温度逐渐下降，最终会变成饱和空气。如果温度再下降，空气中的一部分水蒸气就会凝结成露珠，此温度就是露点温度。

2.3加热系统

一般轿车空调不单独设置热源，把发动机的冷却水引入暖风散热器，再利用暖风电机使空气进行流动。加热系统还可以对前挡风玻璃进行除霜。

2.4通风系统

包括暖风电机、风道、风门和出风口等，把车外的新鲜空气引入车内，通过排风口把车内的污浊空气排出车外。

2.5空气净化系统

一般由空气过滤器、排风口和阴离子发生器等组成。

2.6操纵控制系统

一般由电气系统、真空系统和操纵装置组成，对制冷系统和加热系统的工作进行控制，同时对车内的空气温度、风量、流向进行调节，保证空调系统正常工作。汽车空调系统的分类独立式空调和非独立式空调。

3.目前汽车空调的节流机构

汽车空调节流机构的作用是将中温高压的制冷剂减压成低温低压的制冷剂，它在某种程度上起着调节制冷剂流量的作用。在轿车空调上曾经用过节流孔管和热力膨胀阀两大类节流机构，其中节流孔管只具有节流作用不具备调节流量的功能，因此需消耗较多的机械能，经济性较差，多用在早期的美国产豪华轿车上，随着能源危机的出现，在新车型的使用中越来越少，目前基本都采用热力膨胀阀。

4.膨胀阀电子控制系统

4.1电子膨胀阀概述

电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量，因属于电子式调节模式，故称为电子膨胀阀。它具有热力膨胀阀无法比拟的优良特性，为制冷系统的智能化控制提供了条件，是一种很有发展前途的自控节流元件。

4.2.电子膨胀阀的优点

电子膨胀阀采用蒸发器出口的温度或压力信号，经过空调电脑实现多功能的流量控制和调节，具有制冷剂流量调节范围大、控制精度高和适于智能控制等特点。

4.2.1电子膨胀阀反应迅速

电子膨胀阀的驱动方式是控制器通过对传感器采集得到的参数进行计算，向驱动板发出调节指令，由驱动板向电子膨胀阀输出电信号，驱动电子膨胀阀的动作。电子膨胀阀从全闭到全开状态其用时仅需几秒钟，反应和动作速度快，不存在静态过热度现象，且开闭特性和速度均可人为设定。

4.2.2过热度控制精确性和灵敏度

电子膨胀阀的过热度是人为通过控制器设定的，只需改变一下控制程序中的源代码，就可改变过热度的设定值。系统的实际过热度是由传感器采集控制点的参数进行计算得到的，其控制精度远远超过热力膨胀阀。电子膨胀阀的过热度控制不仅可以对系统目前的状态进行调节，而且可根据过热度的变化率等参数对系统的特性进行判别，针对不同的系统变化趋势采用相应的控制手段，因此其对于系统变化的反应速度和针对性较之热力膨胀阀优越。另外，电子膨胀阀的感温部件为热电偶或热电阻，它们在低温下同样能准确反应出过热度的变化。

4.2.3电子膨胀阀可起到节能的作用

在停机时，电子膨胀阀全关，防止冷凝器的高温液体流入蒸发器，造成再次启动时的能量损失。开机前，将膨胀阀全开，使系统高低压侧平衡，然后开机。这样既实现了轻载启动，又减少了停机中的热损失。

5.电子膨胀阀结构、类型

从控制实现的角度来看，电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器部分构成，通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器，即可控驱动装置和阀体，实际上仅有这一部分是无法完成控制功能的。电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机，电子膨胀阀的传感器通常采用热电偶或热电阻。从驱动方式分，有电磁式和电动式两类。

5.1电磁式膨胀阀

电磁线圈通电前，针阀处在全开位置；通电后，由于电磁力的作用，由磁性材料制成的柱塞被吸引上升，与柱塞联成一体的针阀开度变小。针阀的位置取决于施加在线圈上的控制电压（线圈电流），因此可以通过改变控制电压来调节膨胀阀的流量。

5.2电动式膨胀阀

电动式膨胀阀即步进电机驱动电子膨胀阀，它通过给电机驱动施加一定逻辑关系的数字信号，使步进电机通过螺纹驱动阀针的向前和向后运动，从而改变阀口的流通面积达到控制流量的目的。电动机直接带动阀针做上下移动的为直动型，转子的旋转角度及阀针的位移量与输入脉冲数成正比。步进电机驱动的电子膨胀阀因其更适用微机控制，并有较好的稳定性，而被更多的制冷系统采用。

6.膨胀阀电子控制系统结构设计

该控制系统由传感器、ECU（电子控制单元）、执行器组成。传感器为蒸发器出口蒸气温度传感器、蒸发器出口压力传感器；电子控制单元的核心元件采用单片机，以对传感器检测到的信号进行分析处理，输出控制信号；执行器为电子膨胀阀。

空调工作时，蒸发器出口压力传感器和压缩机吸气温度传感器将相应检测信号送至控制器（ECU），控制器将信号进行分析计算后，得出电子膨胀阀的最佳开度，随后输出指令控制电子膨胀主阀的步进电机，将阀开到需要的位置，控制好制冷剂的流量，以保持蒸发器需要的供液量。

参考文献：

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