汽车电气设备检修与技术详解-膨胀阀的工作原理详解

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。热力膨胀阀是空调系统的重要制冷部件之一，安装在蒸发器入口处，图7-15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。

图7-15 桑塔纳2000系列轿车膨胀阀、蒸发器、鼓风机和暖风加热器芯的安装位置

1—鼓风机 2—真空阀 3—加热器芯 4—出水口 5—进水口 6—制冷剂进口（来自储液器） 7—制冷剂出口（通往压缩机） 8—膨胀阀 9—蒸发器芯 10—温控器 11—进风罩滤网 12—进风罩 13—车厢温度开关

1.热力膨胀阀的功用

热力膨胀阀具有两项功能：一是节流降压，即将来自储液干燥器的高温高压液态制冷剂通过节流变成低温低压液态制冷剂，保证制冷剂在蒸发器内蒸发汽化吸热，以便降低车内空气温度；二是自动调节流量，即调节制冷剂流入蒸发器的流量，使制冷剂流量适应制冷负荷变化的需求，避免压缩机发生液击现象和蒸发器蒸发不足而出现冷气不足现象。

所谓液击现象是指流入蒸发器的液态制冷剂过多，未蒸发的液态制冷剂进入压缩机后，由于压缩压力升高而导致压缩机阀片损坏的现象。过多的液态制冷剂流入蒸发器不仅会导致液击现象，而且还会导致蒸发器表面结霜或结冰，从而阻碍空气在蒸发器芯内流通而降低空调系统的制冷能力。

如果流入蒸发器的液态制冷剂过少，就没有足够的制冷剂供蒸发器蒸发吸热，因此会导致制冷系统（即车厢内）出现冷气不足现象。

2.热力膨胀阀的结构及工作原理

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（如桑塔纳2000、北京切诺基、神龙富康等）普遍采用。

（1）内平衡式膨胀阀 如图7-16所示，膨胀阀膜片承受三个力的作用。

向下的力：p_f—感温包内制冷剂气体对膜片的压力；

向上的力：p_e—蒸发器进口处制冷剂压力（通过内平衡孔连通）；

p_s—弹簧的弹力。

其工作原理是：

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，如图7-17所示。

(www.xing528.com)

图7-16 内平衡式膨胀阀工作原理

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

在内平衡式的基础上，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p_e′（蒸发器出口处的压力）。显然p_e′＜p_e，即要达到同样的阀开度，外平衡式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形膨胀阀的结构如图7-18所示，主要由阀体、感温元件、球阀、调节螺栓和预紧弹簧组成。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。

图7-17 外平衡式膨胀阀工作原理

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

图7-18 H形膨胀阀的结构示意

1—感温元件 2—球阀 3—调节螺栓 4—预紧弹簧 5—阀体

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7-18所示的结构示意中，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。

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预紧弹簧控制。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。

（4）膨胀节流管（孔管） 膨胀节流管是用于许多轿车制冷系统的一种固定孔口的节流装置，有人称它为孔管、固定孔管。膨胀节流管直接安装在冷凝器出口和蒸发器进口之间，用于将液态制冷剂节流降压。由于不能调节流量，液体制冷剂很可能流出蒸发器而进入压缩机，造成压缩机液击。所以装有膨胀节流管的系统，必须同时在蒸发器出口和压缩机进口之间安装一个集液器，实行气、液分离，避免压缩机发生液击。

膨胀节流管的结构如图7-19所示。它是一根装在塑料套管内的细铜管，在塑料套管外环形槽内装有密封圈。有的有两个外环形槽，每槽各装一个密封圈。把塑料套管连同膨胀节流管都插入蒸发器进口管中，密封圈就是密封塑料套管外径和蒸发器进口管内径间的配合间隙用的。膨胀节流管两端都装有滤网，以防止系统堵塞。安装使用后，系统内的污染物集聚在密封圈后面，使堵塞情况更加恶化，就是这种系统内的污染物堵塞了孔管及其滤网。膨胀节流管不能维修，坏了只能更换。

图7-19 膨胀节流管

1—出口滤网 2—节流孔 3—密封圈 4—管外壳 5—进口滤网

由于膨胀节流管没有运动部件，结构简单，可靠性高，同时节省能耗，很多高级轿车都采用这种方式。其缺点是制冷剂流量不能根据工况变化进行调节。