1、汽車空調(diào)系統(tǒng)控制原理 

汽車空調(diào)四大部件壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器如圖1所示。壓縮機通過發(fā)動機帶動，給空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑循環(huán)帶來動力，低溫低壓的氣態(tài)制冷劑通過壓縮機壓縮成為高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進入冷凝器，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑在冷凝器中冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑，然后通過膨脹閥節(jié)流成為低溫低壓的液態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器，低溫低壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱成為低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，進入壓縮機壓縮進入冷凝器，從而完成整個制冷循環(huán)系統(tǒng)。

常見的壓縮機啟?？刂品绞绞峭ㄟ^溫控器感受蒸發(fā)器的溫度，控制蒸發(fā)器在一定溫度范圍內(nèi)工作，從而使空調(diào)系統(tǒng)始終處于一個穩(wěn)定的溫度范圍工作。例如設(shè)定蒸發(fā)器溫度在1℃停機、5℃開機，即當蒸發(fā)器的溫度達到1℃時，溫控器輸出信號使壓縮機的離合器斷開，從而壓縮機停止工作，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑不再循環(huán)，空調(diào)不再制冷，蒸發(fā)器的溫度會上升；當蒸發(fā)器的溫度上升至5℃時，溫控器輸出信號使壓縮機離合器吸合，壓縮機運轉(zhuǎn)，空調(diào)繼續(xù)制冷。從而實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)始終在1~5℃的范圍工作。

空調(diào)系統(tǒng)在運行時，蒸發(fā)器表面的溫度低于空氣的機器露點溫度，蒸發(fā)器表面會形成冷凝水，當蒸發(fā)器表面溫度達到0℃以下時，蒸發(fā)器表面的冷凝水就會結(jié)冰，當蒸發(fā)器結(jié)冰后空氣就不再與蒸發(fā)器換熱，空氣通過蒸發(fā)器表面的冰，這時蒸發(fā)器的換熱效率會大大降低；當結(jié)冰嚴重時，蒸發(fā)器表面被冰覆蓋，通過蒸發(fā)器的空氣被蒸發(fā)器表面的冰堵住，駕駛室內(nèi)出風口風量會減少，且通過蒸發(fā)器的空氣不再和蒸發(fā)器換熱，駕駛室內(nèi)出風口的溫度會上升，相當于駕駛室內(nèi)的空氣通過鼓風機在空調(diào)HVAC中循環(huán)了一次而沒有降溫，空調(diào)制冷效果會失效。在系統(tǒng)運行過程中，我們往往在空調(diào)不制冷時才發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器已經(jīng)結(jié)霜，而且已經(jīng)形成厚厚的冰層，然而汽車空調(diào)結(jié)霜并不是一個突發(fā)狀態(tài)，而是一個過程，起初是蒸發(fā)器小部分結(jié)霜，一旦蒸發(fā)器表面結(jié)霜面積有逐步擴大的趨勢，然后蒸發(fā)器有效換熱面積逐步減少，蒸發(fā)器已經(jīng)進入了結(jié)霜期，霜就會越結(jié)越多，最后形成冰，空調(diào)失去制冷能力。

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定蒸發(fā)器的工作溫度是1~5℃，蒸發(fā)器表面理應(yīng)不會結(jié)霜，因為當蒸發(fā)器的溫度降低至1℃時溫控器會斷開壓縮機離合器，空調(diào)系統(tǒng)不再工作，所以空調(diào)系統(tǒng)不會出現(xiàn)結(jié)霜。但實際汽車空調(diào)的結(jié)霜問題是一直以來困擾空調(diào)廠和整車廠的問題，在這里簡單介紹一下汽車空調(diào)的結(jié)霜原理和對解決結(jié)霜問題的一些看法。

2、蒸發(fā)器溫控器選點

假定汽車空調(diào)設(shè)定的蒸發(fā)器的工作溫度是1℃停機、5℃開機，蒸發(fā)器的工作溫度只是靠溫控器感受蒸發(fā)器某一點的溫度，而這一點并不能代表蒸發(fā)器的溫度，這里就提到蒸發(fā)器溫度場的均勻性，如果蒸發(fā)器表面的溫度絕對均勻，即在空調(diào)系統(tǒng)工作時，蒸發(fā)器上任意一點的溫度都是相同的，那么蒸發(fā)器在1℃停機，空調(diào)系統(tǒng)不可能結(jié)霜。

實際上空調(diào)蒸發(fā)器表面溫度在不同位置溫度是不同的，例如蒸發(fā)器表面最高溫度與最低溫度相差5℃。圖3為某車型蒸發(fā)器溫度場分布圖。該產(chǎn)品表面的溫度差為5.57℃，如果溫控器的感溫點選擇蒸發(fā)器溫度較高點“1”點，那么蒸發(fā)器溫度傳感器感受到蒸發(fā)器溫度為1℃的時候，實際上蒸發(fā)器其他大部分位置的溫度已經(jīng)達到0℃以下，其中點“2”所在位置區(qū)域已經(jīng)到達-4℃左右，蒸發(fā)器就會大面積結(jié)霜（圖4），結(jié)霜部位的蒸發(fā)器內(nèi)部的制冷劑不再與空氣進行熱交換，此時駕駛室內(nèi)的溫度就會上升，空調(diào)制冷失效。如果選擇溫度較低點“2”點，那么溫度傳感器感受到蒸發(fā)器表面溫度在1℃時，蒸發(fā)器其他位置的溫度在5℃以上，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)過早停機，蒸發(fā)器不能有效發(fā)揮制冷量，最終導(dǎo)致駕駛室內(nèi)降溫效果差。此時應(yīng)選擇一點：蒸發(fā)器部分部位結(jié)霜，即蒸發(fā)器結(jié)霜范圍保持在可控范圍，可以選擇圖3中點“3”溫區(qū)，當點“3”溫區(qū)到達1℃時，1點周圍區(qū)域在-2℃，其他區(qū)域在0℃以上，可以使蒸發(fā)器部分結(jié)霜。一般結(jié)霜范圍控制在蒸發(fā)器面積的20%以內(nèi)，此處結(jié)霜在空調(diào)系統(tǒng)停機時間內(nèi)，蒸發(fā)器結(jié)的霜融化可以吸收空氣的熱量，且停機時間內(nèi)霜可以完全融化，蒸發(fā)器可以最大化地發(fā)揮制冷能力。

3、蒸發(fā)器的排水性能

測試蒸發(fā)器的排水性能，干球溫度27℃，濕球溫度25℃，膨脹閥進口壓力1.55MPa，膨脹閥進口過冷度5℃，蒸發(fā)器出口壓力0.2MPa，蒸發(fā)器出口過熱度5℃，給定風量測試蒸發(fā)器的排水量。通過試驗對比相同蒸發(fā)器參數(shù)下的兩臺芯體，有親水處理的比無親水處理的排水量明顯多；經(jīng)過親水處理的蒸發(fā)器芯體表面的張力會減小，蒸發(fā)器表面的冷凝水不會聚集，會順著蒸發(fā)器扁管表面迅速流下；而沒有經(jīng)過親水處理的蒸發(fā)器在芯體表面的冷凝水會形成水珠，與蒸發(fā)器翅片形成水橋，導(dǎo)致芯體排水不暢。

當空調(diào)系統(tǒng)中采用的表面式溫控器（采集吹過蒸發(fā)器的空氣的溫度）感溫點位置形成水橋，空氣將不從該位置通過，那么溫控器感受不到吹過蒸發(fā)器表面的風的溫度，就會出現(xiàn)實際蒸發(fā)器表面的溫度已經(jīng)達到1℃，但溫控器感溫點由于沒有空氣通過，感受的溫度要高于1℃。此時溫控器輸出的信號使壓縮機繼續(xù)工作，那么蒸發(fā)器感溫點溫度會降至0℃以下，蒸發(fā)器就會結(jié)霜，空調(diào)會繼續(xù)運行，結(jié)果是蒸發(fā)器表面就會完全結(jié)霜，最終空調(diào)失去制冷效果。

溫控器感溫點位置應(yīng)選取HVAC中蒸發(fā)器通風好的位置。如果選擇的位置通風較差，蒸發(fā)器表面的冷凝水只靠重力作用向下排，通風差的位置就較容易形成水橋，對溫控器采集蒸發(fā)器溫度極其不利。圖5為試驗時溫控器選擇通風位置不佳的蒸發(fā)器出現(xiàn)結(jié)霜。

試驗測試條件：蒸發(fā)器側(cè)空氣干球溫度21℃，濕球溫度18℃，冷凝器側(cè)入口空氣干球溫度21℃，冷凝器進口風速為9m／s，壓縮機轉(zhuǎn)速為實車狀態(tài)下車速100km／h，變速器合理檔位時的實際轉(zhuǎn)速，風機電壓13.5V（DC）。分別選取在通風最大的位置和通風較差的位置進行試驗，然后調(diào)節(jié)各檔位風量，每檔位的風量運行60min，測試空調(diào)系統(tǒng)是否結(jié)霜。結(jié)果是通風最大位置無結(jié)霜，通風較差位置小風量時30min出現(xiàn)結(jié)霜。

實際在汽車高速行駛時，空調(diào)系統(tǒng)中膨脹閥會調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量，膨脹閥將進入蒸發(fā)器的進口關(guān)小以減少進入蒸發(fā)器的制冷劑，從而減少空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量。膨脹閥有調(diào)節(jié)流量的作用，還有節(jié)流降壓的作用，這時膨脹閥功能的矛盾就顯示出來了，蒸發(fā)器出口一端是壓縮機高速運轉(zhuǎn)吸收蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑，蒸發(fā)器進口一端被膨脹閥關(guān)小以減少空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量；膨脹閥將蒸發(fā)器進口關(guān)小調(diào)節(jié)流量的同時，也增加了膨脹閥的降壓功能，這時蒸發(fā)器內(nèi)的壓力會迅速降低，而蒸發(fā)器內(nèi)部壓力降低對應(yīng)制冷劑的飽和溫度也會降低，這也是在汽車高速行駛時蒸發(fā)器降溫速率快的原因。如果蒸發(fā)器內(nèi)壓力降低到對應(yīng)的飽和溫度0℃以下，則此時空調(diào)系統(tǒng)沒有停機就會出現(xiàn)蒸發(fā)器結(jié)冰了。

4、結(jié)論

在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計初期就應(yīng)考慮溫控器選點位置，應(yīng)在通風較好的位置，且該測溫點既不能是溫度最低點也不能是溫度最高點，既要保證蒸發(fā)器發(fā)揮最大制冷量，又不能使蒸發(fā)器表面大面積結(jié)霜；在蒸發(fā)器排水性能上，要考慮增強蒸發(fā)器的排水性，避免蒸發(fā)器表面冷凝水形成水橋?qū)е聹乜仄鳒y溫失真，不能及時斷開壓縮機導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)結(jié)霜。