汽車空調關鍵零部件之五----- 熱力膨脹閥

汽車空調系統布局示意圖

摘要

熱力膨脹閥也稱節流閥，是汽車空調制冷系統中的四大部件之一（蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥），它是通過蒸發器出口處的感溫元件來感知制冷劑蒸氣的過熱度，來調節膨脹閥開度的大小，從而控制進入蒸發器的液态制冷劑流量。

1、 熱力膨脹閥分類

1.1熱力膨脹閥分為内平衡式和外平衡式

按照熱力膨脹閥平衡方式分為内平衡式和外平衡式:内平衡式膨脹閥與外平衡式膨脹閥工作原理基本相同，區别在于：内平衡式膨脹閥膜片感受到的是蒸發器入口壓力，當蒸發器壓力降過大時，會使動力頭感受的過熱度減小，使閥開度不足，而外平衡式膨脹閥膜片感受到的是蒸發器出口壓力，避免了蒸發器壓力降對閥開度的影響，克服了内平衡閥的缺點。另外制冷劑流經蒸發器會産生一定的壓力損失，一般從自膨脹閥出口至蒸發器出口，制冷劑的壓力降所對應的蒸發溫度降超過2~3℃左右，為了使熱力膨脹閥有合适的過熱度，防止液擊和過熱，選用外平衡式熱力膨脹閥更為合理。

F型膨脹閥與蒸發器連接方式

H型外平衡式膨脹閥

H型膨脹閥與蒸發器連接方式

3、 熱力膨脹閥主要功能

熱力膨脹閥它是通過蒸發器出口處的感溫元件來感知制冷劑蒸氣的過熱度，來調節膨脹閥開度的大小，從而控制進入蒸發器的液态制冷劑流量。它安裝在蒸發器入口處，是汽車空調制冷系統的高壓與低壓的分界點。其功能：把來自貯液幹燥器的高壓液态制冷劑節流減壓，調節和控制進入蒸發器中的液态制冷劑量，使之适應制冷負荷的變化，同時可防止壓縮機發生液擊現象和蒸發器出口蒸氣異常過熱。

歸納起來熱力膨脹閥的作用：

1、節流降壓，實現制冷。

2、自動調節流量，以适應制冷負荷不斷變化的需要，使蒸發器在最佳狀态下工作。

3、保持一定過熱度，保證蒸發器總容積的有效利用，防止壓縮機液擊和異常過熱。

4、 熱力膨脹閥過熱度

過熱蒸汽溫度超過飽和蒸汽溫度之差稱為過熱度，換句話說過熱度是指蒸氣實際溫度高于蒸發溫度的數值。過熱度對于的正常工作起着舉足輕重的作用。吸氣如果完全無過熱度，就有可能産生回氣帶液，甚至引起濕沖程液擊損壞壓縮機。但是過熱度偏高會引起壓縮機排氣溫度升高，壓縮機運行工況惡化壽命降低。 所以吸氣過熱度應該控制在一定範圍之内。

所以要保證熱力膨脹閥工作在最佳匹配點，就必須保證熱力膨脹閥有合适的過熱度。熱力膨脹閥的過熱度由靜裝配過熱度與有效過熱度組成。使閥門開始開啟所需要的過熱度稱為靜裝配過熱度，又叫開啟過熱度，一般的靜裝配過熱度約為3℃。從熱力膨脹閥開始開啟至額定開度所需要的過熱度增量，稱為熱力膨脹閥的有效過熱度。其數值的大小與彈簧的剛度及閥芯的行程有關，一般有效過熱度約為2~5℃，通常把熱力膨脹閥的靜裝配過熱度與有效過熱度之和稱為工作過熱度，即平時所說的過熱度。因此，我們隻有保證過熱度在合适的範圍内，制冷系統才能達到最大冷量，又不會引起濕沖程。一般汽車空調過熱度都要求在5~8℃之間。如果發現過熱度不在該範圍内，就要進行調整。

五、H型熱力膨脹閥内部結構

H型膨脹閥 H型熱力膨脹閥有四個接口與連接，其中兩個接口與普通熱力膨脹閥相同，一個連接儲液，一個連接蒸發器進口；另外兩個接口，一個連接蒸發器出口，一個連接壓縮機進口。感溫包直接處在蒸發器出口的制冷劑氣流中。該膨脹閥由于取消了F型熱力膨脹閥中的感溫包、和外平衡接管，提高了調節靈敏度，結構緊湊，抗振可靠。

6、 熱力膨脹閥關鍵特性

1、容量

汽車空調熱力膨脹閥的制冷能力用容量表達。容量單位為KW，也有用美國冷噸（USRT）表示。

1美國冷噸（USRT）等于在24小時内融化1美制噸冰所需的熱量。1美制噸為907KG，1USRT相當于3.517KW。

汽車空調熱力膨脹閥容量有公稱容量和額定容量之分。公稱容量為制造廠在标準條件下試驗名義點的容量。額定容量為在額定條件下試驗額定點的容量。額定條件和額定點都和特定汽車空調系統有關。一般汽車空調熱力膨脹閥所給出的都是公稱容量。

汽車空調熱力膨脹閥容量選擇主要根據汽車空調系統制冷能力。詳見"五、汽車空調熱力膨脹閥的選擇和匹配"

2、靜止過熱度

過熱度是指熱力膨脹閥的溫包溫度，與閥出口壓力或外平衡管連接處壓力相對應的制冷劑飽和溫度之差。靜止過熱度是指熱力膨脹閥剛剛 開始打開時的過熱度。

對每一個汽車空調熱力膨脹閥，靜止過熱度已經由制造廠調整好，一般不允許用戶再調整。

在工程上，熱力膨脹閥靜止過熱度用熱力膨脹閥出口壓力設定值來表示。此出口壓力設定值是在規定熱力膨脹閥進口壓力和溫包溫度下通過試驗得出的。

制造廠按用戶要求将靜止過熱度調節在一定的範圍内，該值大小與汽車空調系統制冷量有密切關系。

3、最大工作壓力（MOP）

熱力膨脹閥如果是氣充型，則有最大工作壓力要求。最大工作壓力英文縮寫MOP，是最大充許平衡壓力（内平衡或外平衡）。對于氣充型熱力膨脹閥，膨脹閥在過熱度增加到一定大小時，其開度不再增加。這個性能起到保護壓縮機的作用。

4、膨脹閥遲滞

熱力膨脹閥遲滞是其開度特性，指過熱度增加或減少時的開度差。遲滞大則在膨脹閥打開或關閉時，在同一過熱度下，其流量相差大，也即容量相差大。所以希望膨脹閥遲滞不超過某允許值。

5、 可靠性

熱力膨脹閥在氣密性、耐久性、耐振、耐熱、耐寒、耐壓、耐腐蝕等方面均有可靠性要求。由于汽車空調工作條件及工作環境惡劣，因此汽車空調熱力膨脹閥可靠性要求很高。例如耐久性，一般要求在進行10萬次試驗後，其靜止過熱度變化（用壓力變化表示）應小于0.02MPa。

6、 關鍵尺寸

膨脹閥外形圖中标"☆"為産品的關鍵尺寸，以H型熱力膨脹閥為例

7、 熱力膨脹閥選擇與匹配

汽車空調熱力膨脹閥的容量選擇與膨脹閥入口處液體制冷劑的壓力（或冷凝溫度）、過冷度、出口處制冷劑的壓力（或蒸發溫度）、過熱度及閥開度有關。同一個膨脹閥，在不同工況下容量差别是很大的，這與工作時的冷凝壓力及蒸發壓力的壓差有關。

膨脹閥的容量要與汽車空調系統制冷能力相匹配，特别是蒸發器的容量相匹配，使蒸發器最大限度地加以利用。若容量選擇過大，使閥經常處在小開度下工作，則膨脹閥開閉頻繁，易誘發空調系統工作不穩定，影響車内溫度穩定，并降低閥門壽命，在某些特定工況時還會造成壓縮機液擊；若容量選擇過小，則流量太小，造成系統制冷能力不足，不能滿足車室内制冷量要求。所以應對每一制冷系統所使用的膨脹閥進行選配。

一般情況下，膨脹閥容量應比蒸發器能力大 20 %-30 ％。如普通轎車的空調制冷量為2.5~3 kw，膨脹閥可選用 3.5~4kw範圍内。