膨胀阀及其工作原理-全程图解汽车空调维修

膨胀阀又称为节流阀，汽车空调系统使用的膨胀阀为温度控制式膨胀阀，故又称为热力膨胀阀。图2-46所示为膨胀阀的安装位置及外形

图2-46 膨胀阀的安装位置及外形

热力膨胀阀安装在蒸发器入口处。图2-47所示为桑塔纳2000系列轿车空调系统膨胀阀、蒸发器、鼓风机和暖风加热器芯的安装位置。汽车空调的节流膨胀装置主要是热力膨胀阀，另外还有组合式阀、电子膨胀阀等。

图2-47 桑塔纳2000系列轿车空调系统膨胀阀、蒸发器、鼓风机和暖风加热器芯的安装位置

1.热力膨胀阀的作用

热力膨胀阀的工作特性好坏，直接影响整个制冷系统能否正常工作。热力膨胀阀以蒸发器出口的过热度为信号，自动调节制冷系统的制冷剂流量。热力膨胀阀一般有三个作用。

（1）节流降压 使从冷凝器来的高温、高压液态制冷剂节流降压成为容易蒸发的低温、低压雾状制冷剂进入蒸发器，将制冷剂分成高压侧和低压侧，但工质的液体状态没有改变。

（2）自动调节制冷剂流量 由于制冷负荷的改变以及压缩机转速的改变，要求流量做相应调节，以保持车内温度稳定。膨胀阀能自动调节进入蒸发器的流量，以满足制冷循环要求。

（3）控制制冷剂流量，防止液击和异常过热发生 膨胀时以感温包作为感温元件控制流量大小，保证蒸发器尾部有一定量的过热度，从而保证蒸发器容积的有效利用，避免液态制冷剂进入压缩机而造成液击现象，同时又能控制过热度在一定范围内。

大多数汽车空调制冷系统在运行过程中，其冷负荷是变化的。如系统刚开始降温时，车内的温度较高，这时就要求蒸发器的制冷剂流量增大，而当车内温度较低时，冷负荷减少了，这时要求蒸发器的制冷剂流量减小。因此，热力膨胀阀的作用就是根据系统冷负荷需要调节制冷剂流量，使制冷系统能正常地工作。

2.热力膨胀阀的结构原理

汽车空调制冷系统常用的热力膨胀阀有内平衡式膨胀阀、外平衡式膨胀阀和H形膨胀阀三种。H形膨胀阀结构紧凑、工作可靠，因此现代汽车普遍采用。

（1）内平衡式膨胀阀 图2-48所示是内平衡式膨胀阀的结构和外形。感温包2内装有惰性液体或制冷剂液体，当蒸发器出口温度较高时，感温包内液体温度随之上升，从而压力也增高。高压作用在膜片上侧，当数值大于蒸发器进入压力和过热弹簧压力总和时，针阀7离开阀座，阀门开启，制冷剂流入蒸发器。针阀7开启后，较多的制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，上侧压力降低，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力经常处于不平衡状态，所以阀门不断地开启、闭合。

具体受力分析如下，膨胀阀膜片承受三个力的作用：

向下的力：感温包内制冷剂气体对膜片的压力p_f。

向上的力：蒸发器进口处制冷剂压力p_e（通过内平衡孔连通）和弹簧的弹力p_s。

图2-48 内平衡式膨胀阀的结构和外形

1—毛细管 2—感温包 3—制冷剂出口 4—调整螺针 5—弹簧 6—制冷剂入口 7—针阀 8—膜片 9—蒸发器

其工作原理如下：

当p_f=p_e+p_s时，膜片不动，阀处于某一开度，制冷剂保持一定流量。

当p_f＞p_e+p_s时，即若制冷装置负载增大（例如车厢内温度升高），制冷剂提前全部蒸发，过热度增大，蒸发器出口处气态制冷剂的温度升高，使感温包内压力p_f增大，使p_f＞p_e+p_s，这时膜片通过推杆将阀针朝下推，使阀的开度增大，进入蒸发器的制冷剂流量增加，制冷量也增加。

当p_f＜p_e+p_s时，反之亦反。

如此调节，使制冷量与制冷负载相匹配。

（2）外平衡式膨胀阀 制冷剂在蒸发器内部管道流过时，由于有流动阻力存在，在蒸发器出口处会产生压力下降，其内部管道越长，则压力下降就越大。对内平衡式膨胀阀来讲，为了打开阀门，就要有更大的过热度，而要增大过热度，就必须减少制冷剂的流量，这样就使制冷量下降，故内平衡式膨胀阀只适用于对制冷量要求不大的轿车及货车驾驶室空调，而对大客车空调则要用外平衡式膨胀阀，其结构和安装位置如图2-49所示。(www.xing528.com)

图2-49 外平衡式膨胀阀的结构及安装位置

1—毛细管 2—外平衡管 3—制冷剂出口 4—感温包 5—蒸发器 6—调整螺钉 7—弹簧 8—制冷剂入口 9—阀 10—膜片

在内平衡式膨胀阀的基础上，堵住内平衡孔，在膜片下方至蒸发器出口处加一外平衡管，即变成了外平衡式膨胀阀。此时p_e变成了蒸发器出口处的压力p′_e。显然p′_e＜p_e，即要达到同样的阀开度，外平衡式膨胀阀所需的过热度小一些，故蒸发器的容积效率可以提高。

（3）H形膨胀阀 H形膨胀阀的外形及结构如图2-50所示，主要由膜片、感温元件、球阀和调节弹簧组成。因为其内部结构与字母“H”相似，所以称为H形膨胀阀，又称为整体式膨胀阀。H形膨胀阀把感温包缩到阀体内的回气管路上，从而提高了阀的工作灵敏度。但这种结构加工难度较大，膜片中心开孔也会影响膜片的开阀特性，其工作原理如图2-51所示。

1）结构。在H形膨胀阀上，设有低压与高压两个通道和四个管路接头，分别与制冷系统的低压管路和高压管路连接。在图2-50所示结构示意图中，上面一个通道为低压通道，下面一个通道为高压通道。低压通道的入口接头经制冷管路与蒸发器出口连接、出口接头经制冷管路与空调压缩机入口连接；高压通道的入口接头经制冷管路与储液干燥器连接、出口接头经制冷管路与蒸发器入口连接。温度传感器装在制冷剂从蒸发器至压缩机的气流中。制冷剂温度变化，传感器膨胀或收缩，直接推动阀门（钢球和过热弹簧）。H形膨胀阀的结构保证了低压侧压力直接作用于膜片下侧。任何形式的膨胀阀作用，都是向蒸发器供应能在其内部完全蒸发的足够的制冷剂，它并不负责控制蒸发器的温度。

2）控制过程。在高压液体进口和出口之间，设有一个由球阀组成的节流阀，节流阀开度的大小由感温元件和调节弹簧控制。感温元件内部充注有制冷剂，安放在低压通道上直接感受蒸发器出口蒸气的温度。转动调节螺栓即可调节弹簧的预紧力，从而便可调节节流阀的开度和流入蒸发器的制冷剂流量来调节车内空气的温度。

当蒸发器出口蒸气温度升高时，感温元件内部制冷剂吸热，膨胀压力升高，迫使球阀压缩预紧弹簧使节流阀开度增大，进入蒸发器的制冷剂流量增大，蒸发器制冷量增大，车内空气温度降低。反之，当蒸发器出口蒸气温度降低时，节流阀开度减小，制冷剂流量减小，蒸发器制冷量减少，车内空气温度将升高。

3）优点。H形膨胀阀安装在蒸发器的进出管之间，阀上端直接暴露在蒸发器出口介质中，感应温度不受环境温度影响，也不需要通过毛细管而造成时间滞后。由于该膨胀阀无感温包、毛细管和外平衡接管，可免除因汽车颠簸、振动而使充注系统断裂外漏以及感温包包扎松动而影响膨胀阀的正常工作，提高了膨胀阀的抗振性能。有的带低压保护开关和恒温器，称组合式H形膨胀阀，如图2-52所示。

图2-50 H形膨胀阀的外形及结构

a）外形 b）结构

图2-51 H形膨胀阀的工作原理

a）热负荷较小时的开度 b）热负荷较大时的开度

图2-52 组合式H形膨胀阀

1—低压开关 2—恒温器 3—出液管 4—进液管 5—感温插孔 6—感温管 7—H形膨胀阀

3.膨胀阀的选配与安装要求

膨胀阀的容量与膨胀阀入口处液体制冷剂的压力（或冷凝温度）、过冷度、出口处制冷剂的压力（或蒸发温度）及阀的开度有关。膨胀阀容量一定要与蒸发器相匹配，容量过大会使阀经常处于小开度下工作，阀开闭频繁，影响车内温度稳定，降低阀门寿命；容量过小，不能满足车内制冷量要求。一般情况下，膨胀阀容量应比蒸发器能力大10%～20%。

安装膨胀阀时有下列要求：

1）膨胀阀一般应直立安装，不允许倒置。

2）感温包一般安装在蒸发器水平出口管的上表面，要包扎牢靠，保证感温包与管子有良好的接触，接触面要清洁、要紧贴，并用隔热防潮胶包好。必要时膨胀阀阀体也用隔热胶包好。

3）外平衡管要装在感温包后边管段的上表面处。

4）对于外调式膨胀阀，必须在发动机正常运转情况下进行调整，并由熟练的空调技术人员调好。