汽车空调维修中的膨胀阀：结构与工作原理

（1）内平衡式膨胀阀

1）内平衡式膨胀阀的结构

内平衡式膨胀阀的结构如图2.46所示，主要由膜片、针阀、阀体、感温包及毛细管等部件组成。感温包安装在蒸发器的出口，在其内部装有惰性液体或制冷剂液体。

图2.46　内平衡式膨胀阀的结构

1—膜片；2—内平衡连杆；3—针阀；4—蒸发器出口；5—阀座；6—阀体；7—通储液罐的进口；8—弹簧；9—热敏管；10—毛细管

2）内平衡式膨胀阀的节流过程及工作原理

通过感温包感受到出口端过热度的变化，导致受压系统内充注的工质体积及压力变化，并作用在传动膜片上，促使膜片行程上下位移，再通过传动片将此力传递给传动杆从而推动阀针上下移动，使阀口关小或开大，起降压节流的作用，同时自动调节蒸发器的制冷剂供给量并保持蒸发器出口端具有一定的过热度，以保证蒸发器传热面积的充分利用和减少“液击”现象的发生。

流体在管道流动过程中，若遇到缩口（如小孔、阀孔等），局部就产生阻力，流体通过缩口后的压力会显著下降，这种现象称为节流。热力膨胀阀是一种节流元件，由于流体流过缩口时流速高、时间短，来不及与外界进行热交换，因而节流过程一般近似作为绝热过程处理，称为绝热节流或绝热膨胀，简称为节流。如图2.47所示为流体流过节流孔的示意图，当流体流过缩口时，不仅只产生节流现象，同时流体发生扰动，产生摩擦阻力而发生能量损耗。

图2.47　流体流过节流孔的示意图

内平衡式膨胀阀动作的动力来自感温包内的充注工质，它将出口过热度信号转化为压力信号，压力信号传递到动力室，使膜片产生位移，从而调节阀门的开度，内平衡式膨胀阀的工作原理如图2.48所示，设膜片上方由感温包内气体产生的压力Pf，它使阀有打开的趋势；作用于阀针底部的调节弹簧的压力Ps，它使阀有关闭的趋势；作用于膜片下方工质压力即蒸发器入口压力Pe，它使阀有关闭的趋势。膜片承受上述3种力的作用，产生了一个平衡力使阀动作，从而控制制冷剂流量。当3个力处于平衡状态时，即Pf=Ps+Pe时，阀处于某一开度，制冷剂流量保持一定。由于膨胀阀设计时保证蒸发器有一定的过热度，因此，蒸发器的出口部分一般都是过热蒸气。若蒸发器制冷剂不足，则制冷剂提前全部蒸发，过热度增加，感温包内压力Pf升高，膜片通过推杆把阀朝下推，阀开度增大，进入蒸发器的流量增加；反之，过热度减小，Pf减小，阀开度减少，流量减小。

图2.48　内平衡式膨胀阀的工作原理

（2）外平衡式膨胀阀

1）外平衡式膨胀阀的结构

外平衡式膨胀阀的结构和原理与内平衡式相似。外平衡式膨胀阀主要由阀体、阀针、弹簧、薄膜、感温包、滤网和外平衡管等组成，其结构如图2.49所示。不同的是内平衡式膨胀阀是导入蒸发器入口处压力，而外平衡式膨胀阀是通过一个外平衡管从蒸发器出口处导入压力，反映出蒸发器出口处的实际压力，弥补了蒸发器内部压力损失的影响，提高了其控制精度。当制冷剂在蒸发过程中流动损失较大，造成的压降大，则应采取外平衡式。

图2.49　外平衡式膨胀阀的结构(www.xing528.com)

2）外平衡式膨胀阀的工作原理

外平衡式膨胀阀安装位置与内平衡式膨胀阀相同，也安装在蒸发器入口处，并尽可能地靠近蒸发器。外平衡式膨胀阀的工作原理如图2.50所示。

图2.50　外平衡式膨胀阀的工作原理

外平衡式膨胀阀在工作时膜片同内平衡式膨胀阀一样受以下3个力的作用：一是作用在膜片下方的蒸发压力PE，它为蒸发器出口蒸发压力，与感温包受到的蒸发器出口温度相对应，它有使阀趋向关闭的方向；作用在阀针底部的调节弹簧的压力PS，它有使阀趋向关闭的方向；作用在膜片上方感温包内部压力PF，它有使阀趋向于打开的方向。当车室内温度处在某一工况时，膨胀阀处在一定开度，PE、PS和PF应处于平衡状态，即PF=PE+PS；如果车室内温度升高，蒸发器出口过热度增大，则感受温度上升，相应的感应压力PF也增大，这时，PF>PE+PS，使波纹膜片下移，传动杆也随之下移，膨胀阀的阀孔开度增大，制冷剂流量增大，制冷量也增大，蒸发器出口过热度也相应下降，满足了蒸发器热负荷变化的需要。当蒸发器出口温度降低时，感温包感应压力PF减小，这时PF<PE+PS，使波纹膜片上移，传动杆也随之上移，膨胀阀的阀孔开度减小，制冷剂流量减小。由于在蒸发器出口处和膨胀阀波纹膜片下方引有一个外部均压管，所以称此膨胀阀为外平衡式膨胀阀。

（3）“H”形膨胀阀

“H”形膨胀阀内部通道的形状像英文字母“H”，故而得名。“H”形膨胀阀是一种整体型膨胀阀，它取消了外平衡式膨胀阀的外平衡管和感温包，使其直接与蒸发器进出口相连。如图2.51所示为“H”形膨胀阀的结构。实际上并没有取消感温包，而是把感温包缩到阀体内的回气管路上，从而提高了膨胀阀的工作灵敏度。但这种结构难度较大，膜片中心开孔也会影响膜片的性能。

图2.51　“H”形膨胀阀的结构

1—感温元件；2—球阀；3—调节螺栓；4—预紧弹簧；5—阀体

“H”形膨胀阀有4个接口通往空调系统，其中两个接口和普通膨胀阀一样，一个接干燥器出口，另一个接蒸发器进口；另外两个接口，一个接蒸发器出口，另一个接压缩机进口。感温包和毛细管均由薄膜下的感温元件所取代，感温元件处在进入压缩机的制冷剂气流中。制冷剂的温度变化时，感温器将膨胀或收缩，直接推动阀门（钢球和过热弹簧），从而实现节流膨胀的过程。

任何形式膨胀阀的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。

（4）膨胀节流管

膨胀节流管也称为孔管。它是一种固定孔管的节流装置，其两端都装有滤网，以防孔管堵塞。孔管直接安装在冷凝器出口和蒸发器进口之间。由于其不能调节流量，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。为此，装有孔管的系统，必须同时在蒸发器出口和压缩机进口之间安装一个气液分离器，实现液、气分离，从而避免压缩机发生液击。膨胀节流结构和实物如图2.52所示，一根细铜管装在一根塑料套管内，塑料套管外环形槽内装有密封圈。塑料套管连同孔管都插入了蒸发器的进口管中，密封圈用来密封塑料套管外径和蒸发器进口管内径间的配合间隙。孔管不能维修，损坏了只能更换。

图2.52　膨胀节流结构和实物

这种膨胀节流管的优点是没有运动部件，结构简单，成本低，可靠性高。其缺点是制冷剂流量不能根据工况变化进行调节。