汽車空調壓力及其故障分析

[摘要]闡述了汽車空調系統(tǒng)的工作原理，說明了汽車空調正常工作時的壓力值有一個較大范圍的原因，同時分析了壓力超出正常范圍可能的故障原因。

[關鍵詞]汽車空調 壓力 故障分析

[中圖分類號]G [文獻標識碼]A

[文章編號]0450-9889（2013）02C-0191-02

當汽車空調系統(tǒng)發(fā)生故障時，其壓力值會發(fā)生變化，能從變化的壓力值來診斷汽車空調系統(tǒng)的故障，是汽車空調維修人員應具備的基本素質。汽車空調正常工作時的壓力，有一個較大的變化范圍，在有關汽車空調的書本中均可以找到，但基本上沒有說明為什么是這么一個變化范圍，而且不同的書本答案各不相同。多年以來，筆者無論是給中職學生講汽車空調課程，還是給汽車維修企業(yè)的汽車維修人員作汽車空調維修培訓，經常會被問到這樣的問題：汽車空調正常工作時，其高、低壓力值為什么沒有一個固定的值？到底為多少是合適的？壓力變化反映了什么問題？為了解決這個問題，我們先要知道汽車空調的組成并理解其工作原理。

一、汽車空調的組成

汽車空調的組成很簡單，核心的部分只有壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器這四大部件，另加上一個輔助部件：儲液干燥器，組成了一個封閉的管路系統(tǒng)，管路內部有制冷劑在循環(huán)，目前所用的制冷劑為R134a。

二、汽車空調的工作原理

汽車空調的工作原理是一個熱力學問題。任何物質的存在形式都有固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)三種狀態(tài)，各種形態(tài)在一定的條件下可以相互轉化，由于汽車空調內的制冷劑只在液態(tài)與汽態(tài)間轉化，我們在此只敘述液態(tài)與汽態(tài)間轉化規(guī)律。物質由液態(tài)轉化為汽態(tài)的過程我們稱為汽化過程；物質由汽態(tài)轉化為液態(tài)的過程我們稱為冷凝過程。

物質在液態(tài)與汽態(tài)間的轉化，是與溫度和壓力兩個參數有關的。在一定壓力下，液態(tài)物質受熱后溫度升高到一定值會沸騰汽化，沸騰就是液態(tài)物質轉化為汽態(tài)的過程，此時要吸收大量的熱量，在其周圍表現為冷效應，但物質的溫度卻保持不變，因此稱此熱量為汽化潛熱，稱此時的溫度為物質在此壓力下的沸點，只有當液體全部汽化完，其溫度才會升高。反之，汽體降溫到沸點時，也會由汽態(tài)轉換為液態(tài)，這就是冷凝過程，在冷凝過程中，會放出大量的熱量，在其周圍表現為熱效應，但物質的溫度也是保持不變的（放出的熱量就是汽化時吸收的汽化潛熱），只有當汽體全部冷凝為液體，其溫度才會下降。我們不難看出，沸點就是物質在液態(tài)與汽態(tài)間的轉換點，此時的物質處于汽液共存狀態(tài)，當溫度低于沸點時物質處于液態(tài)；高于沸點時，物質處于汽態(tài)。

物質的沸點不是固定的，會隨著壓力的增大而上升、壓力的減小而下降。不同的物質在相同壓力下有不同的沸點。目前汽車空調用的制冷劑R134a的壓力與沸點的關系節(jié)選表如表I：

汽車空調就是利用液態(tài)的制冷劑通過膨脹閥節(jié)流降壓后送，人低壓的蒸發(fā)器，在低壓的蒸發(fā)器內制冷劑低溫沸騰汽化吸熱，把蒸發(fā)器周圍熱空氣的熱量吸走，蒸發(fā)器周圍的熱空氣即變成了冷空氣，通過鼓風機吹出來的就是空調的冷氣了。如果有足夠多的液態(tài)制冷劑，就可以實現在相當長時間內汽化吸熱而有連續(xù)的冷氣吹出，而現實中不可能有哪么多的液態(tài)制冷劑，于是要設法讓汽化后的汽態(tài)制冷劑又轉換為液態(tài)才能保證連續(xù)的冷氣。通過壓縮機加壓，提高了制冷劑的沸點，制冷劑就可以在較高的溫度下轉化為液態(tài)了。如加壓到1.54MPa，從R134a壓力與沸點關系節(jié)選表可以看出，其沸點為59℃，只要低于59℃，R134a就會轉化為液態(tài)了，通過冷凝器散熱，這很容易實現。

三、汽車空調正常工作時的壓力

汽車空調的壓力有一個較大的變化范圍，有兩方面的原因：一方面是因為其壓縮機由發(fā)動機驅動，發(fā)動機由于負荷的不同，其轉速一般在1000-5000r/min的范圍內變化，有的甚至更大。當發(fā)動機轉速增大時，壓縮機轉速也增大，壓縮機的壓縮及抽吸作用會增強，低壓會變低，高壓會變高；反之，發(fā)動機轉速下降時，低壓就會升高，高壓會降低。另一方面，環(huán)境的溫度是變化的，即空調的熱負荷也不是固定的。環(huán)境的溫度升高，空調的熱負荷會增大，無論是蒸發(fā)器還是冷凝器，溫度都會升高，壓力也會隨之升高；相反，環(huán)境溫度的下降，壓力也會隨之下降。即無論是低壓壓力還是高壓壓力，都會隨發(fā)動機的工況及環(huán)境溫度的變化而變化，不可能有一個固定的值。

（一）汽車空調正常工作時低壓側壓力值

對于汽車空調系統(tǒng)，蒸發(fā)器內的溫度不能太低，也不能太高。如果蒸發(fā)器內的溫度太低，蒸發(fā)器會結霜，堵塞了空氣的通路，吹不出冷氣，達不到降低車內溫度的目的；而如果蒸發(fā)器內的溫度太高了，吹出的空氣就不夠冷。對于空調系統(tǒng)，蒸發(fā)器在-5℃-5℃時與空氣的熱交換比較理想，即無論什么工況，都要盡可能地控制其蒸發(fā)器內部的溫度處于-5℃-5℃，從R134a壓力與沸點關系節(jié)選表得知，R134a的沸點在-5℃～5℃時，其蒸發(fā)壓力在0.14MPa～0.25MPa，這就是汽車空調正常工作時低壓側的壓力范圍。

（二）汽車空調正常工作時高壓側壓力值

低壓側的壓力，可以比較好地實現人為控制，但高壓側的壓力，人為的控制能力就非常有限了。其壓力主要由熱負荷決定：環(huán)境溫度升高，其熱負荷增大，散熱所需的溫差就要增大，導致空調冷凝器的散熱溫度升高較多。例如，環(huán)境溫度在30℃時，假設冷凝器有25℃的溫度差就滿足散熱要求，那么冷凝器的散熱溫度約為30+25=55℃；如環(huán)境溫度升到35℃，空調的熱負荷增大了很多，25℃的散熱溫度差就不夠了，可能需要28℃的散熱溫度差了，此時冷凝器的散熱溫度變成了35+28=63℃。環(huán)境溫度只升高了5℃，但冷凝器升高的散熱溫度可不止5℃。另外，汽車在太陽直射的情況下，熱負荷還會進一步增大，冷凝器的散熱溫度也會進一步升高；另外，冷凝器的散熱能力還與車速、冷凝風扇的轉速、冷凝器本身的臟污情況有很大的關系。現在汽車空調的冷凝器風扇均有低速檔及高速檔，當冷凝壓力高于一定值時（一般為1.77MPa，對應的冷凝溫度約為65℃），冷凝器風扇高速檔運行，以加強散熱，避免壓力進一步升高。在環(huán)境溫度為30℃-35℃時，汽車空調冷凝器的散熱溫度一般在55℃-65℃間，從R134a壓力與沸點關系節(jié)選表得知，其冷凝壓力約為1.4MPa-1.8MPa間，這就是汽車空調正常工作時高壓側的壓力范圍。當發(fā)動機處于冷態(tài)，又在室內或環(huán)境溫度較低時，高壓側壓力會低于1.4MPa，有時只有1.1MPa左右，也是正常的。只要空調高壓側視液鏡內沒有汽泡，冷氣感覺足夠，高壓側的冷凝壓力低些表明冷凝器的散熱能力很好。

四、壓力異常的故障分析

（一）高壓、低壓均偏低

這種情況最為常見，有一個最為直觀的感覺就是空調不夠涼，原因是空調系統(tǒng)內制冷劑不足。汽車空調系統(tǒng)要求密閉，但汽車空調系統(tǒng)又是一個開放的系統(tǒng)（有各管接頭及轉動軸伸出的開啟式壓縮機），很容易出現制冷劑泄漏，造成系統(tǒng)內制冷劑量不足，高壓、低壓均會偏低，產生的冷氣也不足。

（二）低壓側壓力很低甚至呈現真空狀態(tài)，高壓側壓力也較低

這種情況是空調系統(tǒng)管路被堵了。汽車空調的管路被堵，一般發(fā)生在儲液干燥器或者膨脹閥處。當空調系統(tǒng)管路被堵時，只是在開機的很短一段時間，有制冷劑從低壓側經壓縮機壓縮到高壓側，制冷劑到了高壓側后無法循環(huán)到低壓側，就以液態(tài)的形式儲存在高壓側（主要在冷凝器內），造成低壓側無制冷劑而出現真空狀態(tài)；高壓側的壓力也不會太高，壓縮機雖在運轉，但無汽可壓，也無汽可排，冷凝器內儲存的是液態(tài)的制冷劑，其壓力也只是相應環(huán)境溫度為沸點對應的壓力。由于環(huán)境溫度一般不會超過40℃，從R134a壓力與沸點關系節(jié)選表得知，此時的壓力一般不會超過1MPa，比正常的高壓側壓力低。

（三）高壓、低壓均偏高

高壓、低壓均偏高，主要有兩種情況。一是冷凝器外表臟污，散熱能力變差，制冷劑從蒸發(fā)器吸收來的大量熱量無法散出，冷凝器溫度就會升高，冷凝器壓力也會隨之升高。二是系統(tǒng)內有空氣，空氣在空調工作的溫度及壓力下是不會凝結為液體的，如果空調系統(tǒng)內有空氣，會在冷凝器內有很大空間及散熱面積，但其導熱性能很差，制冷劑從蒸發(fā)器吸收來的大量熱量也無法散出，同樣會造成高低壓力升高。汽車空調正常工作時，高低側壓力均高于大氣壓，工作時空氣不可能進入系統(tǒng)，系統(tǒng)內的空氣只是因為抽真空不徹底造成的。

（四）低壓偏高、高壓偏低

這種情況也有兩種可能：一是壓縮機損壞，內部密封不良或閥門損壞，造成壓縮效率低下。二是膨脹閥損壞，開度過大。這兩種情況中，壓縮機損壞的可能性大，更換已損壞部件即可。

（責編 丁夢）