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第01章空调检修原理1


第一章
第一节

现代汽车空调的检修原理
汽车空调基础知识

一、汽车空调基本原理 各种车辆的空调结构不尽相同,但它们的工作原理基本相同,就是用人为的方式在车 厢内造成一个对人体适宜的气候环境。对夏天而言,就是用制冷方式,使车厢内降温。 一般热量总是从高温流向低温,而空调的目的要将具有较低温度的车内空气中的热量 移到具有

较高温度的大气中去,使车内空气一直保持较低温度。这是一种热流的逆循环,需 要供助于制冷机构来完成。 制冷的方式很多,汽车上的制冷主要采用压缩式制冷剂。它是利用液态制冷剂汽车吸 热而产生的效应,工作系统如图 1-1 所示。制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发 器四大总成构成,从压缩机出来的高温、高压制冷剂通过高压软管进入冷凝器。由于车外温 度低于进入冷凝器的制冷剂温度, 借助于冷凝风扇的作用。 在冷凝器中的制冷剂的大量热量 被车外空气带走,从而高温、高压气体被冷凝成高温、高压的液体。这种高温、高压液体流 过节流膨胀阀时,由于节流作用,体积突然变大而降压,变成低温、低压的雾状物(液体) 进入蒸发器, 在定压下汽化。 由于制冷剂在管内汽化时的温度低于蒸发器管外的车内循环风, 故它能自动吸收管外空气中热量, 从而使流经蒸发器的空气温度降低, 产生了制冷降温的效 果,汽化了的制冷剂被压缩机抽吸压缩,变成高温、高压的气体,又通过高压软管送向冷凝 器,这样就完成了一个制冷系统的热力循环。

图 1-1

制冷系统的热力循环图

1-风机 2-蒸发器 3-液管 4-储液干燥器 5-风扇 6-冷凝器 7-排气管 8-吸气 管 9-压缩机 10-膨胀阀 二、制冷剂 汽车空调是利用压缩制冷装置,利用制冷剂循环流动来实现制冷的。液体制冷剂在蒸 发器中低温下吸取冷却对象的热量而汽化,使被冷却对象得到降温。然后,又在高温下把热 量传给周围介质冷凝成液体。如此不断循环,借助于制冷剂的状态变化,达到制冷目的。在 制冷设备中,如果没有制冷剂,制冷装置就无法实现制冷,其作用就像人的血液一样。制冷 剂的特性能直接影响制冷循环的技术经济指标。 应根据不同制冷装置的特点, 合理选择制冷 剂,使制冷装置正常工作和安全运行。 1、制冷剂的种类 、 压缩制冷机使用的制冷剂,国际上用英文字母 R 来表示(取英文制冷剂 Refrigerant 的 第一字母) 。字母 F 是美国杜邦公司的专用代号。 氟里昂是饱和碳氢化合物的卤族元素的衍生物,即用卤族元素的氟、氯,有时加入溴 原子取代饱和碳氢化合物,如甲烷、丙烷、丁烷的氢原子所得的化合物,因而氟里昂品种繁 多。氟里昂的性质与所含氟、氯、溴、氢、碳元素的原子多少有密切关系。 R 后面的数字表示氟里昂的分子通式 CmHnFpCIsBr。 R 后面是两位数的,是甲烷衍生的氟里昂。甲烷的分子式为 CH4,其中 R 后面的首位 数字表示氢原子数 n,等于首位数减去 1,第二位数字表示氟原子数 P,氯原子数 S=4-p-n。 例如:R12 表示甲烷衍生的氟里昂制冷剂,其分子通式中的碳原子数 m=1,氢原子数 n=1-1=0,氟原子数 P=2,氯原子数 S=4-n-p=2。R12 的分子式为 CF2CI2,化学名称为二氟一 氯甲烷。 又例如 R12 表示甲烷衍生的氟里昂制冷剂,其中碳原子数 m=1,氢原子数 n=2-1=1,氟 原子数 P=2,氯原子数 S=4-1-2=1。R22 的分子式为 CHF2CI,化学名称为二氟一氯甲烷。 如果用溴原子来代替氟里昂中的某些氟原子, 则分子式多一个 B。 其原子数用 r 来表示。 例如,R12B2,则为 CF2Br2。 R 后面是三位数的,则表示为乙烷、丙烷、丁烷系列的氟里昂衍生物。其中,乙烷衍生 的氟里昂,R 后面首位数用 1 表示;丙烷衍生的氟里昂,则 R 后面用 2 表示;丁烷衍生氟 里昂,R 后面用 3 表示……。很明显,其碳原子数 m 等于首位数加 1;氧原子数 n 等于 R 后面的第二位数字减去 1;R 后面的第三位数表示氟原子数 P;氟原子数,对乙烷衍生物为 S=6-n-p,对丙烷衍生物,S=8-n-p,对于丁烷衍生物为 S=10-n-p。例如 R142,表示乙烷衍生 的氟里昂, 乙烷分子式为 C2H6 则 m=2, n=4-1=3, P=2, S=6-3-2=1。 R142 的分子式为 C2H3F2CI, 化学名称为二氟一氯乙烷。 同样,R134 的分子式为 C2H2F4,R123 的分子式为 C2HF3CI2,R216 的分子为 C3F6CI2, 等等。 2、R12 制冷剂的特性 、 汽车空调是通过制冷剂循环实现制冷的,所以制冷剂的性能直接影响制冷循环的技术 经济指标。下面就 R12 的主要特性及使用作一简要介绍。 (1)R12 制冷剂无色、无刺激性臭味;一般情况下不具有毒性,对人体没有直接危害; 不燃烧、无爆炸危险;热稳定性好,535℃以下温度不分解,当与明火接触、温度高于 400℃ 时可产生对人体有剧烈作用的毒气——光气(一种窒息性毒剂,其常温下为无色气体,带有 腐烂干草或烂水果味,比空气密度大 2.5 倍,光气经呼吸器官侵入人体后,引起肺水肿和窒 息) ,当入吸入少量光气时,中毒症状为口中有甜味、咳嗽、头晕、全身虚弱,轻度中毒者 1 天~2 天内可逐渐恢复,重度中毒者则导致死亡。所以在修理、焊接空调制冷管路、热交 换器、压缩机时,一定要将 R12 排除干净后方可维修。

(2)R12 是一种中压制冷剂(中压制冷剂 :正常蒸发温度小于 0℃,冷凝器压力小于 (1.5~2.0)MPa) 。在大气压下 R12 的沸点为-29.8℃,凝固温度为-158℃,能在低温下正常 工作。节流后损失小,有较大的制冷系数,在正常工作条件下,蒸发器中的压力较大,这样 即使在制冷系统不密闭情况下,外部的空气也不易进入。制冷系统有泄漏时,润滑油将随着 R12 一同漏出。由于有明显的油迹,便于检查出泄漏的部位。R12 的泄漏能力很强,它的泄 漏速度与压力的平方成正比, 与分子量及粘度的平方根成反比。 在汽车空调制冷系统中其泄 漏量应小于 14.2g/a。 R12 在冷凝器中的压力不超过 1013.25kPa, 由于压力不是很高, 降低了冷凝器结构强度 的要求、降低了质量和材料消耗,降低制作成本。 (3)R12 的密度较大,因此,在制冷循环中较其他制冷剂阻力大。为了减少阻力,R12 在系统中的流速也较其他制冷剂低且系统的管径较粗。 (4)R12 一般呈中性(无水时) ,对金属没有腐蚀作用。但对镁含量超过 2%以上的铝 合金除外。R12 在(60~70)℃温度时遇氧化铁、氧化铜,可促使 R12 分解。 (5)制冷系统的密封件是有特殊要求的: ①制冷系统的密封件不能使用天然橡胶制品,因为 R12 会导致橡胶变软、膨胀、起泡; ②对氯丁乙烯和氯丁胶制品破坏作用较小; ③对尼龙和氟塑料制品破坏作用不明显。 (6)R12 有良好的电缘性能,它对制冷系统电器绕组的绝缘性能无影响。 (7)R12 液态时对润滑油的熔解度无限制,可以以任何比例溶解。但气态时 R12 对润 滑油的溶解度有限并随压力增高、温度降低而增大。R12 与润滑油的这种互熔特性对制冷系 统是有益的, 因为 R12 液态时润滑油已溶解在其中并随 R12 一起流动, 所以在这段管路中不 会积存润滑油。在气态管路(特别是蒸发器)中,如果有足够的气体流速,不会在蒸发器壁 上产生油膜而影响传热效率, 润滑油也能被带回到压缩机中去。 当压缩机曲轴箱中存在有互 溶的 R12 气体和润滑油时,由于曲轴箱内的压力和温度是变化的,而一定压力和温度下的 R12 气体溶油量是一定的。当曲轴箱内压力突然降低时,因熔解量要减小,于是原来熔解的 R12 就以沸腾形式从油中跑出,从而使曲轴箱中的一部分润滑油将随着 R12 带到压缩机汽缸 和系统中去,对制冷剂系统的工作带来不利影响。 在曲轴连杆式压缩机初始使用阶段加注的润滑油,有一部分将随着制冷剂被带入制冷 循环,所以曲轴箱中的油位会下降,作用过程中必须及时补充。 R12 与润滑油互溶后,使润滑油粘度降低,油质老化加快,凝固点升高,因而会影响到 压缩机的可靠润滑。 所以必须加注专用的润滑油——冷冻油。 冷冻油的用量必须按规定加注, 超量的冷冻油会妨碍热交换器的交换效率,使制冷量下降。 (8)R12 基本不溶于水,R12 气态与液态时,水的溶解度也不同,气态高于液态。 在制冷系统中,R12 的含水量不超过 25×10-6。当有过量的水分随制冷剂运行时,在通 过膨胀阀后,在低温、低压下水分中热量被吸收而形成冰塞,堵塞了制冷系统的循环通道, 从而使空调的制冷系统失效。 水与 R12 能产生化学反应,生成盐酸——氢氟酸,对系统有腐蚀作用。水与制冷系统 中的酸、氧反应,在压缩机的机件表面(压缩机的轴套、系统管路)生成三氧化二铁和二氧 化铜,这些物质的形成,反过来又分解 R12,使制冷系统的效率下降。可以说水的侵入是系 统开始被腐蚀的信号。 水还能与系统中的酸、氧化物和其他杂质反应,形成金属盐,随着制冷剂和润滑油一 起循环,加大运动机件的磨损及破坏电器的绝缘性能。 水能使冷冻油老化。它在氧的作用下,会生成一种油酸性质的絮状配性物质,腐蚀金 属表面。降低润滑效能。

水与 R12 作用还能生成二氧化碳气体。这种气体在冷凝器中冷却后并不液化,成为一 种不凝性气体,引起压缩机排气压力增高、制冷功耗增大、制冷量下降。 虽然在制冷系统中为了防止水分的侵入,影响制冷循环的正常运行而设有干燥器(干 燥罐) ,但是干燥器的吸水功能极其有限(只能吸收约半滴水) 。对于大于 25×10-6 的水分是 无能为力的。 在制冷系统中水的存在是有百害而无一利的,必须采取严格的防水措施,才能保证系 统正常工作。 防水措施主要有以下三个方面: ①使用纯度高的制冷剂 ; ②在装配或维修制冷系统后,一定要严格地抽真空; ③选用水量小于 25×10-6 的冷冻油。 综上可以看出,R12 是一种易于制造、原料来源丰富、价格相对低廉且可以回收重复使 用的制冷剂。只是它对大气同温层的臭氧层有一定破坏作用,因此,已逐渐被新的制冷剂所 替代。 R134a 3、R134a 制冷剂的特性 长期以来,汽车空调系统大多采用 R12 作为制冷剂。众所周知,R12 因泄漏而进入大气 会破坏地球的臭氧保护层,危害人类的健康和生存环境,引起地球的温室效应。据统计资料 表明,现在大气层中 CFC(即 CI、F、C 三种元素)物质的 75%来自汽车空调系统泄漏的 R12, 这不能不引起人类的广泛关注。1987 年国际上制定了控制破坏大气层的蒙特利尔协议。我 国于 1991 年加入该协议,并决定从 1996 年起,汽车空调的制冷剂开始使用 R134a,到 2000 年全部使用 R134a。因此,作为汽车维修人员,必须掌握使用新型制冷剂的空调系统的使用 和维修特点。 (1)R134a 制冷剂的特性 R134a 制冷剂与 R12 制冷剂相比,其热物理性列于表 1-1 中。 表 1-1 R134a 与 R12 的热物理性对比 R134a R12 项目 CH2FCF3 CF2CI2 分子式 102.031 120.92 分子量 -26.18 -29.80 大气压力下的蒸发温度(℃) 293.14 308.57 0℃时的饱和蒸汽压(kPa) 197.89 154.87 0℃时的汽化潜热(kJ/kg) 3 0.06816 0.05667 0℃时的饱和蒸汽比容(m /kg) 414.88 423.01 10℃时的饱和蒸汽压(kPa) 190.13 149.97 10℃时的汽化潜热(kJ/kg) 3 0.04872 0.04204 10℃时的饱和蒸气比容(m /kg) 1317.19 1214.65 50℃时的饱和蒸气压(kPa) 1680.47 1518.17 60℃时的饱和蒸气压(kPa) 与现有冷冻润滑油的溶合性 差 好 溶态导热系数 大 小 R134a 制冷剂的分子式为 CH2FCF3,是卤代烃类制冷剂中的一种,具有无毒、无臭、不 燃烧、与空气混合不爆炸等优点,并有以下特性: 1)热物理性 R134a 的热力学性能,包括分子量、沸点、临界参数、饱和蒸气压和汽化潜热等,均与 R12 相近,并具有良好的不可燃性。 2)传热性能 R134a 制 冷 剂 的 传 热 性 能 优 于 R12 , 当 冷 凝 温 度 为 40 ℃ ~60 ℃ 、 质 量 流 量 为

45kg/s~200kg/s 时,R134a 蒸发和冷凝传热系数比 R12 高出 25%以上。因此,在换热器表面 积不变的条件下,可减少传热温差,降低传热损失;当制冷量或放热量相等时,可减少换热 器表面积。 3)相容性 用 R134a 替代 R12 后, 原有的压缩机润滑油 (简称压缩机油) 必须更换, 这是因为 R134a 本身与矿物油是非相容的,必须使用合成润滑油来取代,如 PAG 类润滑油等。 (2)R134a 系统取代 R12 系统所需进行的改变 R134a 具有与 R12 不同的性质,因此,它不能简单地应用于原来的 R12 空调系统,当 更换制冷剂,必须在表 1-2 所列的几个方面进行改变。 表 1-2 使用 R134a 时需进行的改变 项目 改变情况 制冷剂 R12→R134a 压缩机油 矿物质油→合成油 管道 O 型密封材料由 NBR→RBR 改变管道接头形状 压缩机 封口材料油 NBR→RBR 维修阀 改变螺孔尺寸 软管 内衬加尼龙层,软管材料由 NBR→CI-HR 冷凝器 改进散热性能 接收器干燥剂 硅胶→沸石 熔化螺栓 停止使用熔化螺栓 安全阀 由 3.14MPa→3.43MPa 压力开关 由 2.65MPa→3.14MPa 膨胀阀 改变流动特性 1)换用新型压缩机油 空调系统在整个空气调节循环过程中,压缩机油通过与制冷剂熔为一体参与循环,并 对压缩机产生润滑作用,与 R12 配用的压缩机油不溶于 R134a。如果把这种油用于 R134a 空调系统, 它不会随制冷剂一起循环, 因而不能发挥润滑作用, 这将严重影响压缩机的寿命。 因此,必须换用能与 R134a 溶合的 RAG 或 ESTER 型人工合成油(它由 C、H 聚合物链组 成) 。这种润滑油具有高吸湿性,易使制冷系统的节流元件(毛细管或膨胀阀)发生冰堵。 为避免出现此故障,必须加大空调系统中干燥剂的装入量或提高其吸湿能力。此外,这种润 滑油在高温下与 R134a 的溶合性降低,甚至成为不可溶。因此,要特别注意改善空调系统 的冷凝条件,不要使冷凝温度(或压力)过高,这对汽车空调系统是特别重要的。同时,还 应注意这种润滑油对橡胶密封件有渗透作用, 这对于开式的汽车空调系统是重要的, 不仅涉 及到橡胶密封件,还牵涉到制冷剂的输送软管。 2)使用新型的密封圈和密封材料 由于 R134a 能够溶解 NBR(硝丁二烯橡胶) ,导致其膨胀而引起制冷剂泄漏。因此,在 R134a 空调系统中,必须使用 RBR 的橡胶密封圈。除此之外,用于 R134a 空调系统的 O 型 密封圈断面尺寸要比用于 R12 空调系统的大,如表 1-3,其目的是为了增强它的密封性能, 并便于识别。 表 1-3 空调系统密封圈规格 使用位置 密封圈尺寸(mm) R134a 空调系统 R12 空调系统 液体管道 内径 6.7 断面直径 1.8 内径 6.7 断面直径 1.4 排出管道 内径 10.8 断面直径 2.4 内径 10.8 断面直径 1.8 吸入管道 内径 13.4 断面直径 2.4 内径 13.4 断面直径 1.8 3)换用排出软管和吸入软管

由于 R134a 对 NBR 橡胶材料软管内层的渗透作用要比 R12 大几倍, 如不换用排出和吸 入软管, 则必须会引起制冷剂供给不足的故障。 1-4 所列为 R134a 空调系统软管使用的材 表 料。 表 1-4 软管使用的材料 位置 R134a 空调系统 R12 空调系统 外层 EPDM(乙烯丙烯橡胶) EPDM(乙烯丙烯橡胶) 增强层 PET(聚乙烯对苯二酸) PET(聚乙烯对苯二酸) 中间层 CL-HR(氯化异戊二烯橡胶) NBR(硝丁二烯橡胶) 内层 6-12NY(尼龙) 无 敛缝 涂层 无 4)换用新型干燥剂 R12 空调系统的干燥剂通常使用硅胶。当改用 R134a 时,由于它的极性接近于水的极 性,能同水一起被硅胶所吸收,使硅胶吸水能力大幅度下降,水分在膨胀阀等狭小部位产生 冰堵,导致制冷不充分,同时还会在空调循环过程中产生腐蚀作用。因此,必须使用比过去 用量多得多的干燥剂,才能有效地除去 R134a 空调系统的水分。如果使用新型干燥剂沸石, 由于它不吸收 R134a,就不会出现上述问题。 5)系统匹配 当压缩时的制冷剂温度在高负荷下升高时,R134a 空调系统的压力将比 R12 空调系统 高 10%~15%,这将导致系统冷却能力下降和压缩机负载的增大。为解决这一矛盾,R134a 系统采取了以下措施。 ①改进磁性离合器性能 由于 R134a 的压力在高温下比 R12 高,压缩机需要用更大的力量来压缩制冷剂。通过 增加磁性离合器的传动力矩,可使 R134a 系统使用的压缩机驱动能力得到提高。同时,转子 的密封材料也须进行更换,以改善其抗油性能。 ②改进冷凝器热幅射的耐压能力 由于高温条件下 R134a 的压力高于 R12,为了得相同的制冷效果,必须改进冷凝器的热 幅射性能。为此,对 R134a 空调系统的中冷凝器的散热片高度 及管壁厚度等均进行了适当 的调整。 ③改变压力开关的控制压力值 由于循环过程 R134a 系统的压力较高,因此对冷凝器压力开关的控制压力值也必须作 相应改变。原 R12 空调系统为 2.65MPa,而 R134a 空调系统为 3.14MPa。 ④改变膨胀阀开阀特性 为了使 R134a 空调系统的制冷能力与 R12 空调系统一样,膨胀阀的开阀特点也应进行 相应变动。 ⑤改变蒸发器的压力调节器(EPR) 在 R134a 空调系统中,EPR 的橡胶波形管常换成金属波形管。 ⑥在结构上尽可能避免不正确的连接和误用制冷剂 为了避免误用 R12 制冷剂,R134a 系统在设计上使系统管道接头的两端都带有槽,以有 别于 R12 系统,同时对维修阀的接头也改用弹簧耦合型的快速接头。 ⑦防止制冷剂向大气中释放 对于 R12 空调系统,当压力特别高时,其配置的熔化螺栓将被熔化,制冷剂释放到外 界大气中,用这种方法来保护系统。而在 R134a 空调系统中,则采用一个压力安全阀来取代 熔化螺栓。由于安装了此阀,可以防止制冷剂释放到大气中去。 (3)R134a 空调系统维修注意事项 1)避免误用不同制冷剂

由于制冷剂 R134a 与 R12 在物理特性上的不同,两种制冷剂循环系统相关的功能部件 及压缩机油各有其特点。因此,绝对禁止两种制冷剂交换使用,即使误事用很少的量,也会 引起制冷剂沉淀和损坏压缩机。为避免 R134a 系统误用 R12, 或 R12 系统误用 R134a,在 维修时必须掌握系统的识别方法。一般可通过观察贴于汽车空调系统上的警告标识来区别。 配置 R134a 的空调系统,其警告标识通常为“R134a USE ONLY” ,在空调压缩机外壳上通 常也贴有“R134a 仅使用 ND8#油”的标识。 2)正确换用压缩机油 如前所述,R12 空调系统的压力机油不能用于 R134a 系统,如果将一般的压力机油 (ND6#或 ND7#油)误用于 R134a 空调系统,或将 ND8#、ND9#油误用于 R12 系统,都将 导致压缩机损坏,并使制冷剂变混蚀。 由于 R134a 压缩机油极易受潮,因此,使用后必须立即将容器盖紧。 为了避免相互污染,用于 R12 系统的工具,不能用于 R134a 系统,两者必须专用。 3)按规定容量加注压缩机油 压缩机油被溶于制冷剂中并在整个系统中循环,当空调系统关闭时,压缩机油就会滞 留在系统的各部件上。维修中,特别是在更换主要部件时,如果不给系统补充适量的压缩机 油,则会导致润滑不足,使压缩机出现异常。为了控制压缩机油的油量,在维修时,应将压 缩机中的剩余油量先排出, 经计量后再决定需补充加注的油量。 压缩机规定加注的油量在压 缩要机外壳标牌上均注明。加注时可参考表 1-5 所示容量进行。 如果在空调系统中加注过量的压缩机油,会导致制冷能力下降;如果系统中压缩机油 太少则会损坏压缩机。 表 1-5 压缩机油的加注容量 部件名称 需补加润滑油数量(ml) 压缩机 按换下旧压缩机倒出油量再加上 30 40~60 蒸发器 10~30 储液干燥器 10~30 冷凝器 无渗漏油迹 40~60 有渗漏油迹 软管 无渗漏油迹 可不加 60 有渗漏油迹 系统漏气 无渗漏油迹 可不加 60 有渗漏油迹 120~150 更换系统全部管部件 4)正确换用密封圈 R12 空调系统和 R134a 空调系统中各管道接头的 O 型密封圈是不能互换的。如果在维 修中错误地将 R12 系统的密封圈用于 R134a 系统中,则会使密封圈起泡、膨胀,并导致制 冷剂外泄。在维修中,只要对管道系统的部件进行了拆卸,就必须更换新的密封圈。更换时 应十分注意,不得损坏管道,并严禁水分进入系统,否则将导致部件内部腐蚀。更换密封圈 时,应在 O 形密封圈上涂抹少量压缩机油。 5)加注制冷剂 对空调系统灌注制冷剂时,其注入方法可参考如图 1-2 所示的框图进行。

开始抽 真空

10min

停止抽 真空

5min

系统密封 性检查

检查并改进管 子的连接

多用测量表显示不正常

在气体状 态下注入 制冷剂直 至多用测 量压力表 上压力指 到 0.1MPa

注入制冷剂 至规定的量

气体泄漏检查

图 1-2 制冷剂的加注方法 注入制冷剂时应注意以下几点: a.抽真空时必须确认高、低压端的快速接头已接通(A/C)系统。如果仅有一头接上, 系统另一头与外界相能,则无法保持真空状态。 b.在系统抽完真空后,应立即关闭多用测量表阀,然后再关闭真空泵。如果两者关闭顺 序颠倒,会导致管道暂时与外界接通。 c.制冷剂注入后,应按表 1-6 所列状态检查制冷剂注入量。检查时,高压端压力应在 1-86MPa,且要通过观察镜检查制冷剂在系统中的流动情况。 如注入量适当,制冷剂在流 动中只有极少量的气泡,当逐渐地将发动机由怠速到 1500r/min,气泡完全消失,且制冷剂 呈透明状;如果注入过量,则制冷剂流动中完全看不到泡;注入量不足时,制冷剂在流动中 会出明显的气泡。 表 1-6 制冷剂注入量检查状态 项目 状态 车门 完全打开 温度控制 最大制冷状态 风机速度 高速 循环状态(重复循环/新鲜空气交换) 重复循环 1500 发动机转速 r/min A/C 开关 开 (4)R134a 空调系统故障诊断 对 R134a 空调系统,在发动机预热后,可用多用测量表来检测系统故障。检查是在以 下特定条件下进行的:空气入口处的温度为 30℃~35℃,发动机转速为 1500r/min,风机速 度置于“高挡” ,温度控制置于“最冷” ,重复循环/新鲜空气交换置于“重复循环” 。 在上述特定条件下,读出多用测量表所示的压力值。当系统正常时,低压端的压力值 为 0.15MPa~0.25MPa,高压端的压力值为 1.37MPa~1.57MPa。 如果制冷系统中有水分,则制冷剂低压端压力有时为真空,有时为正常值,而高压端 压力有时偏高,有时正常,表现出间歇性制冷的状态,且最终会出现不制冷。这是由于水分 在膨胀阀处结冰,导致循环暂时中止,待冰溶化后又恢复正常,排除故障的方法,通常是更 换干燥器或通过不停地对系统抽气以消除系统中的水分,然后再注入适量的新制冷剂 。 如果系统出现制冷效果不良,则需观察多用测量表上的压力值,此时,高、低压端的 压力都偏低(低压在 0.05MPa~0.1MPa,高压在 0.7MPa~1.0MPa) ;当从观察镜上观察时, 制冷剂流动中可见到连续的气泡。 导致这种故障的原因, 通常是系统中某处发生气体泄漏或 制冷剂不足。排除此类故障常用泄漏检查仪检查气体泄漏,如有泄漏应矛以排除;若因制冷 剂不足则应加入适量的制冷剂。当与测量表连接时,如果压力值接近于零,则应在检查及维 修之后,将系统置于真空状态。 如果制冷剂循环不良,制冷效果不挂,且多用测量表高、低压端的压力都偏低(低压

端压力为零或真空,高压端的压力为 0.5MPa~0.6MPa) 各连接部位的管子有结霜现象, , 这大多是接受器中有污垢,阻碍了制冷剂的正常流动。排除的方法是更换接受器。 如果系统的制冷剂不循环、不制冷,且多用测量表低压端压力为零或真空,高压端压 力为 0.5MPa~0.6MPa 或极低, 膨胀阀或接受器/干燥器前后的管子上结霜, 这通常是因制冷 剂中有水分或污垢,阻碍制冷剂正常流动,或是膨胀阀热敏管处有气体泄漏,因而阻碍制冷 剂流动。排除此故障时,可检查热敏管和蒸发器压力调节器,或通过吹气清除膨胀阀中的污 垢;如无效,则应更换膨胀阀和接受器,然后,抽去空气再注入适量的制冷剂,如果气体从 热敏管处泄漏,则必须更换膨胀阀。 如果制冷系统制冷不足,当用多用测量表检查时,高、低压端的压力都太高,且在发 动机转速下降至怠速时,从观察镜中完全见不到气泡,即是系统中的制冷剂过量,或冷凝器 不能充分制冷。排除此故障时,可先清洗冷凝器和检查风扇电动机运转情况,再检查制冷剂 量。 如果系统制冷效果不佳,当用多用测量表检查时,高、低压端的压力都太高,触摸低 压管道时有发热感, 从观察镜中可观察到制冷剂流动时有明显气泡, 这表明空气进入制冷系 统。排除此故障时,应先检查压缩机油是否不清洁或数量不足;如果认空气已进入系统,则 应抽出空气并注入新制冷剂。 如果系统制冷不良,当用多用测量表检查时,高、低压端压力均太高(低压:0.3MPa~ 0.4MPa,高压:1.95MPa~2.45MPa)且在低压端的管道连接处有大量结霜或结露,这大多是 因膨胀阀有故障或热敏管安装不当所致。排除此故障时,应先检查热敏管安装情况;如果该 管正常,再检查膨胀阀;如该阀损坏,则应更换。 如果制冷系统不制冷,当用多用测量表检查时,其低压端压力太高(0.4MPa~0.6MPa) , 而高压端压力过低(0.7MPa~1.0MPa) ,这表明系统中压缩机内部有泄漏。需修理或更换压 缩机。 润滑油(冷冻机油) 三、润滑油(冷冻机油) 制冷设备作用的润滑油一般也称为冷冻机油。 润滑油是保证压缩机正常运转的必要条件,保证压缩机正常可靠工作和延长使用寿命。 1、冷冻油的作用 (1)润滑作用。压缩机是高速运动的机器,轴承、活塞、活塞环、连杆曲轴等零件表 面需要润滑,减少阻力和磨损、延长使用寿命、降低功耗、提高制冷系数。 (2)密封作用。汽车使用的压缩机,都半封闭式,在压缩机输入轴承需油封来密封, 防止 R12 泄漏,有润滑油,油封才起密封作用。同时,活塞环上的润滑油,不仅起减摩作 用,而且起密封的作用。 (3)冷却作用。运动的摩擦表面,产生高温,需要用冷冻油来冷却。冷冻油冷却不足, 会引起压缩机温度过热、排气压力过高、降低制冷系数,甚至烧坏压缩机。 (4)降低压缩机噪声 制冷剂是溶解润滑油的,小型制冷设备的润滑油和制冷剂一起进行循环。不同的制冷 设备有不同的排气温度和压力。 对冷冻油的性能要求也不尽相同。 正确选用润滑油是非常重 要的。 2、冷冻机油的选用 选择冷冻机油时,要充分考虑空调压缩机内部润滑油的工作状态,如吸、排气温度等。 根据冷冻油的特点,在实际选用时,对于汽车空调使用的冷冻油,一般用国产冷冻油 18 号 或 25 号,进口冷冻油一般使用进口 SUNISO3~5GS。其性能分别见表 1-7 和表 1-8。 表 1-7 国产冷冻油 序号 13 号 18 号 25 号 30 号

技术参数 11.5~14.5 运动粘度 50℃(厘沲) >18 >25.4 <30 凝固点(℃) <-40 <-40 <-40 <-40 开口闪点(℃) <160 <160 <170 <180 酸值(mg/<KOH/g) <0.14 <0.03 <0.02 <0.01 灰分(%) <0.012 机械杂质(%) 无 无 无 无 水分(%) 无 无 无 无 表 1-8 SUNISO 冷冻油 SUNISO3GS SUNISO4GS SUNISO5GS 序号 技术参数 280~300 510~520 粘度(SUS/37.8℃) 150~160 44~47 51~54 粘度(SUS/98.9℃) 40~42 0.9155 0.9213 0.9278 相对密度 (15℃/4℃) 172 181 196 引火点(℃) 188 200 发火点(℃) -45 -37.8 -30 流动点(℃) -56.7 -51.1 -45.6 絮状凝固点(℃) 0.05 0.06 0.07 含硫量(%) 含水量(%) 0.002 以下 0.002 以下 0.002 以下 45 45 45 绝缘耐压(kV) 2、使用冷冻油注意事项 、 (1)不同牌号冷冻油不能混合使用,否则会引起变质。 (2)冷冻油极易吸水,所以使用后的冷冻油瓶应该马上拧紧。 (3)不能使用变质的冷冻油。 冷冻油变质的原因是多方面的,归结起来有如下几方面: 混入水分,并在氧气作用下,会生成一种油酸性质的酸性物质,腐蚀金属零部件。这 种油酸物质是絮状物质。 高温氧化。当压缩温度过高时,油被氧化分解而炭化变黑。 不同牌号的油混合使用时,由于不同牌号的冷冻油所加的抗氧化剂不同而产生化学反 应,引起变质,破坏了各自的冷冻油。 变质油的简单检查方法是将冷冻油滴一点到吸水性好的白纸上,过一段时间后,若油 滴中央部分有黑色斑点, 则说明这种油已经变质, 不能使用, 必须经过重新提炼后方能使用。 没有变质的油(没有黑色斑点) ,重新使用时,必须通过过滤及用分子筛吸水后方可。 (4)冷冻油是不制冷的,还会妨碍热交换器的换热效果,所以,只允许加到规定的用 量,绝不允许过量使用,以免降低制冷量。 3、冷冻润滑油质量检查 、 冷冻润滑油的质量,可以通过化学和物理分析检验质量好坏。在使用过程,还可以外观 的颜色、所味直观地判断出质好坏。常用的方法有滴纸法和对比法。 (1)滴纸法。将待查的冷冻润滑油取出一滴,滴在一张干净的白纸上,片刻后观察油 滴的颜色,若其颜色很浅,且分布均匀,则表明油内无杂质,可以使用。 (2)对比法。取干净标准的冷冻润滑油放入一试管内作为标准油,再把需待查的油取 出并放入同样大小的试管内进行比较,若被检查油的颜色为浅黄色或桔黄色,则还可使用; 若已变成红褐色的混浊液,则不能继续使用。 上述两种方法可观察到冷冻润滑油中是否混入了较多的水分和杂质, 但不能确切地掌握 润滑油变质的程度和原因。 因此, 要准确判断润滑油的质量, 必须对它进行定性和定量分析,

定期抽样化验分析。 4、与 R134a 匹配的冷冻润滑油 、 制冷剂 R12 以矿物油作为润滑剂,但矿物油与 R134a 不相溶,日前能与 R134a 相溶的 润滑油只有聚烃基乙二醇(PAG)和聚脂油(ESTER)两类。 (1)聚烃基乙二醇(PAG)润滑油。PAG 润滑油与 R1347a 不能完全互溶,低黏度时 互溶性较好,高黏度时互溶性降低。PAG 在高温的情况下可分解成水、酸、一氧化碳和二 氧化碳,有可能造成压缩机镀钢现象。PAG 与矿物油、R12 不相溶,若原系统内存在有少 量该物质时,将使 PAG 润滑性能降低。PAG 与有些弹性材料不相溶,吸水性也很强,其饱 和吸水量可超过 10%。PAG 润滑油主要用在 R134a 制冷的初期。针对上述情况,实际应用 的 PAG 油都经过了改性处理。 (2)聚脂类润滑油(ESTER) 。聚脂类润滑油是一种合成多元酸酯,由多元醇酸基础 油和添加剂配制而成。主要成分是季戊四醇、三甲基丙酮和各种直链或支链型酯酸。 聚酯油与 R134a 互溶性好,与 R12 也互溶,不会出现低湿沉积现象。其吸水性比矿物 油强,但水分与油是牢固结合的,在膨胀阀处不会结冰。原系统内残留的矿物油等物质对其 性能影响不明显。由于在聚酯油中加了添加剂,故其耐磨性能良好。它与聚丁腈橡胶、氯丁 橡胶等弹性材料相溶性较好,与绝缘材料也有比较好的相溶性。 表 1-9 和表 1-10 所示为 PAG 油与 ESTER 油性质比较, 可见 ESTER 油与 R134a 的相溶 性比 PAG 油与 R134a 的相溶性好。 表 1-9 PAG 油与 ESTER 油性质比较 润滑油 PAG 油 ESTER 油 矿物油 性能 互溶性 与 R134a 较好 很好 不溶 与 R12 不溶 很好 很好 与矿物油 不兼溶 少量兼溶 很好 热稳定性 差 好 吸湿性 差 较差 较好 润滑性 差 较好 较好 与弹性材料相溶性 差 差 较好 抗镀铜能力 差 较好 好 抗绝缘性 差 较好 好 表 1-10 用于 R134a 汽车空调的冷冻润滑油特性 润滑油 PAG 油 ESTER 油 性能 65.1 96.8 黏度 40℃ -6 2 10.8 10.3 (10 m /s) 100℃ 187 95 黏度指数 46 两相分离时温度(℃) 高温 80 以上 -23 (油/R134a=2/8) 低温 50 以下 2.6 0.15 饱和含水量(25℃) (%)

四、汽车空调系统的组成及分类 (一)汽车空调系统的组成 汽车空调是由压缩机、冷凝器、储蓄器(即储槽) 、过冷却器、干燥粗滤器、观察窗、 膨胀阀、蒸发器等组成。典型的空调系统如图 1-3 所示。

图 1-3 汽车空调系统的组成 1-压缩机 2-蒸发器 3-液窗 4-储液干燥器 5-冷凝器 6-热力膨胀阀 各部件由下列三种管路连成空调系统: (1)高压软管,用于连接压缩机和冷凝器; (2)液体管路,用于连接冷凝器和蒸发器; (3)回气管路,用于连接蒸发器和压缩机。 使用积累的系统必须把它装在蒸发器和压缩机之间;使用储液干燥器的系统必须把它 放在冷凝器和膨胀阀之间。 压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、储液干燥器和液体管路构成高压侧;蒸发器、积 累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机油池构成低压侧。压缩机是空调系统高、低压侧的 分界点;膨胀阀或孔管是高、低压侧的另一分界点。制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和蒸发,是 汽车空调的基本过程,而实现这一过程是依靠高、低压侧的各种组件完成的。 (二)汽车空调系统的分类 汽车空调系统基本分两类:循环离合器系统和蒸发器压力控制系统。前者压缩机的开、 闭由压力或温度开关控制;后者是压缩机连续运转。 1、循环离合器系统 、 (1)循环离合器孔管系统(CCOT) 该系统常用恒温开关控制,如图 1-4 所示。

图 1-4 安装恒温开关的 CCOT 系统 1-压缩机离合器 2-冷凝器 3-恒温开关,当毛细管温度至 0℃时,它断开;而此温度上 升到 7℃时,它闭合; 4-孔管 5-回油管 6-蒸发器 7-接蓄电池 8-积累器 9干燥剂 10-压缩机高压侧低压开关,压力降至 175kPa 时断开 蒸发器温度上升,恒温开关触点闭合,从而接通压缩机电磁离合器至蓄电池电路,压 缩机运转,开始制冷。当蒸发器温度下降到一定水平时,恒温开关触点断开。截断离合器电 路,压缩机停转,停止制冷。如此往复循环。 CCOT 系统也可以用压力开关控制。压力开关装在积累器上,如图 1-5 所示,利用上述 开关控制压缩机的开、停,以达到控制制冷系统工作的目的。

图 1-5 用压力开关控制的 CCOT 系统 1-压缩机离合器 2-冷凝管 3-孔管 4-回油孔 5-蒸发器 6-积累器 7-压力开 关,一般在 138~193kPa 断开,而在 283~351kPa 时闭合 8-接蓄电池 9-干燥剂 压力开关内有一膜片,和触点相连,作用于膜片上的压力低到一定值时,触点断开,

至离合器的电路被切断,压缩机停转。作用到膜片上的压力高到一定水平时,触点闭合,接 通蓄电池至离合器的电路,压缩机运行。 一些奥迪 100 小轿车的空调,采用循环离合器孔管系统(CCOT) 。 (2)循环离合器膨胀阀系统 循环离合器膨胀阀系统的膨胀阀只能控制过热,不能保证蒸发器不结冰。因此,要装 用恒温开关,将其装在蒸发器上或风箱内,用以控制压缩机的起动和停止。如图 1-6 所示。

1-压缩机 6-液窗 7-冷凝器 8-蒸发器 北京切诺基空调就是上述系统,但选用的是 H 形膨胀阀。 2、蒸发器压力控制系统 、 蒸发器压力控制系统也称传统温控系统。只要选定空调功能,该系统就连续运行。 (1)STV 和 POA 系统 用吸气节流阀(STV)或先导阀操作的绝对压力阀(POA)控制蒸发器温度。防止其结 冰。用膨胀阀作为节流降压装置,储液干燥器装在高压侧,STV 或 POA 阀装在低压侧,如 图 1-7 所示。

图 1-6 装用膨胀阀的循环离合器系统 2-恒温开关 3-毛细管 4-膨胀阀 5-储液干燥器

图 1-7 装用 STV 的蒸发器压力控制系统 1-压缩机 2-冷凝器 3-储液干燥器 4-热力膨胀阀 5-液窗 6-回油管 7-蒸发 器 8-加液阀(35~83kPa) 9-吸气节流阀(STV) 10-排气压力表接口 11-发动 机歧管真空 12-STV 压力检测接口 13-外平衡管 14-毛细管 15-温包 这两类汽车空调系统都可以装置热力膨胀阀,区别它们的时候,要看低压侧装置那些 部件,如装有 STV 或 POA 阀,就是蒸发器压力控制系统系统;如装有积累器,又用恒温开 关或压力开关控制蒸发器温度,就是循环离合器系统。 (2)VIR 系统 该系统用阀罐(VIR)控制蒸发器温度,就是把膨胀阀和 POA 阀都集中装在储液干燥 器的上部,三者构成一个部件(阀罐) ,如图 1-8 所示。这样既节省管路,又节省空间,而 且性能可靠。

1-压缩机

图 1-8 装用 VIR 的蒸发器压力控制系统 2-高压、 高温排气 3-冷凝器 4-液态 5-VIR 阀罐

6-液态 R-12 管路

7-蒸发器 8-吸气管路 9-回油管 10-低压、低温回气 图中 4 根外接软管 4、6、9、10 分别传送 R-12 的高压液态、低压液态、气态制冷剂。 部分长春第一汽车制造厂生产的奥迪 100 轿车空调,装用 VIR 蒸发器压力控制系统。


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