汽车空调关键零部件之五----- 热力膨胀阀

汽车空调系统布局示意图

摘要

热力膨胀阀也称节流阀，是汽车空调制冷系统中的四大部件之一（蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀），它是通过蒸发器出口处的感温元件来感知制冷剂蒸气的过热度，来调节膨胀阀开度的大小，从而控制进入蒸发器的液态制冷剂流量。

1、 热力膨胀阀分类

1.1热力膨胀阀分为内平衡式和外平衡式

按照热力膨胀阀平衡方式分为内平衡式和外平衡式:内平衡式膨胀阀与外平衡式膨胀阀工作原理基本相同，区别在于：内平衡式膨胀阀膜片感受到的是蒸发器入口压力，当蒸发器压力降过大时，会使动力头感受的过热度减小，使阀开度不足，而外平衡式膨胀阀膜片感受到的是蒸发器出口压力，避免了蒸发器压力降对阀开度的影响，克服了内平衡阀的缺点。另外制冷剂流经蒸发器会产生一定的压力损失，一般从自膨胀阀出口至蒸发器出口，制冷剂的压力降所对应的蒸发温度降超过2~3℃左右，为了使热力膨胀阀有合适的过热度，防止液击和过热，选用外平衡式热力膨胀阀更为合理。

1.2外平衡式热力膨胀阀又分为F型和H型两种形式

外平衡式热力膨胀阀分为F型和H型两种结构形式，F热力膨胀阀(因其外型像 F) 与H 型热力膨胀阀(因其通道像 H ) 两者的区别在于膜盒感受温度的方式不同。

F型膨胀阀为外感温 ,通过连接毛细管 ,使感温管与回气管接触传热感温 ,由于感温受接触面积、接触紧密程度及包覆手法等多种因素影响，感温往往有一定偏差不准确、连接毛细管处也存在容易开裂的风险。

H型膨胀阀为内感温 ,即制冷系统回气直接流经膜盒的感温元件 ,无需连接毛细管与感温管 ,其感温准确可靠 ,不易损坏 。H型热力膨胀阀是目前国内外汽车空调行业公认的先进节流装置 ,其性能满足汽车空调对可靠、抗振、耐用、方便的要求，所以目前国内车用空调基本上都采用了H型热力膨胀阀。

2、 F型和H型外平衡式热力膨胀阀图示及安装位置

F型外平衡式膨胀阀

F型膨胀阀与蒸发器连接方式

H型外平衡式膨胀阀

H型膨胀阀与蒸发器连接方式

3、 热力膨胀阀主要功能

热力膨胀阀它是通过蒸发器出口处的感温元件来感知制冷剂蒸气的过热度，来调节膨胀阀开度的大小，从而控制进入蒸发器的液态制冷剂流量。它安装在蒸发器入口处，是汽车空调制冷系统的高压与低压的分界点。其功能：把来自贮液干燥器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时可防止压缩机发生液击现象和蒸发器出口蒸气异常过热。

归纳起来热力膨胀阀的作用：

1、节流降压，实现制冷。

2、自动调节流量，以适应制冷负荷不断变化的需要，使蒸发器在最佳状态下工作。

3、保持一定过热度，保证蒸发器总容积的有效利用，防止压缩机液击和异常过热。

4、 热力膨胀阀过热度

过热蒸汽温度超过饱和蒸汽温度之差称为过热度，换句话说过热度是指蒸气实际温度高于蒸发温度的数值。过热度对于的正常工作起着举足轻重的作用。吸气如果完全无过热度，就有可能产生回气带液，甚至引起湿冲程液击损坏压缩机。但是过热度偏高会引起压缩机排气温度升高，压缩机运行工况恶化寿命降低。 所以吸气过热度应该控制在一定范围之内。

所以要保证热力膨胀阀工作在最佳匹配点，就必须保证热力膨胀阀有合适的过热度。热力膨胀阀的过热度由静装配过热度与有效过热度组成。使阀门开始开启所需要的过热度称为静装配过热度，又叫开启过热度，一般的静装配过热度约为3℃。从热力膨胀阀开始开启至额定开度所需要的过热度增量，称为热力膨胀阀的有效过热度。其数值的大小与弹簧的刚度及阀芯的行程有关，一般有效过热度约为2~5℃，通常把热力膨胀阀的静装配过热度与有效过热度之和称为工作过热度，即平时所说的过热度。因此，我们只有保证过热度在合适的范围内，制冷系统才能达到最大冷量，又不会引起湿冲程。一般汽车空调过热度都要求在5~8℃之间。如果发现过热度不在该范围内，就要进行调整。

五、H型热力膨胀阀内部结构

H型膨胀阀 H型热力膨胀阀有四个接口与连接，其中两个接口与普通热力膨胀阀相同，一个连接储液，一个连接蒸发器进口；另外两个接口，一个连接蒸发器出口，一个连接压缩机进口。感温包直接处在蒸发器出口的制冷剂气流中。该膨胀阀由于取消了F型热力膨胀阀中的感温包、和外平衡接管，提高了调节灵敏度，结构紧凑，抗振可靠。

6、 热力膨胀阀关键特性

1、容量

汽车空调热力膨胀阀的制冷能力用容量表达。容量单位为KW，也有用美国冷吨（USRT）表示。

1美国冷吨（USRT）等于在24小时内融化1美制吨冰所需的热量。1美制吨为907KG，1USRT相当于3.517KW。

汽车空调热力膨胀阀容量有公称容量和额定容量之分。公称容量为制造厂在标准条件下试验名义点的容量。额定容量为在额定条件下试验额定点的容量。额定条件和额定点都和特定汽车空调系统有关。一般汽车空调热力膨胀阀所给出的都是公称容量。

汽车空调热力膨胀阀容量选择主要根据汽车空调系统制冷能力。详见'五、汽车空调热力膨胀阀的选择和匹配'

2、静止过热度

过热度是指热力膨胀阀的温包温度，与阀出口压力或外平衡管连接处压力相对应的制冷剂饱和温度之差。静止过热度是指热力膨胀阀刚刚 开始打开时的过热度。

对每一个汽车空调热力膨胀阀，静止过热度已经由制造厂调整好，一般不允许用户再调整。

在工程上，热力膨胀阀静止过热度用热力膨胀阀出口压力设定值来表示。此出口压力设定值是在规定热力膨胀阀进口压力和温包温度下通过试验得出的。

制造厂按用户要求将静止过热度调节在一定的范围内，该值大小与汽车空调系统制冷量有密切关系。

3、最大工作压力（MOP）

热力膨胀阀如果是气充型，则有最大工作压力要求。最大工作压力英文缩写MOP，是最大充许平衡压力（内平衡或外平衡）。对于气充型热力膨胀阀，膨胀阀在过热度增加到一定大小时，其开度不再增加。这个性能起到保护压缩机的作用。

4、膨胀阀迟滞

热力膨胀阀迟滞是其开度特性，指过热度增加或减少时的开度差。迟滞大则在膨胀阀打开或关闭时，在同一过热度下，其流量相差大，也即容量相差大。所以希望膨胀阀迟滞不超过某允许值。

5、 可靠性

热力膨胀阀在气密性、耐久性、耐振、耐热、耐寒、耐压、耐腐蚀等方面均有可靠性要求。由于汽车空调工作条件及工作环境恶劣，因此汽车空调热力膨胀阀可靠性要求很高。例如耐久性，一般要求在进行10万次试验后，其静止过热度变化（用压力变化表示）应小于0.02MPa。

6、 关键尺寸

膨胀阀外形图中标'☆'为产品的关键尺寸，以H型热力膨胀阀为例

7、 热力膨胀阀选择与匹配

汽车空调热力膨胀阀的容量选择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）、过热度及阀开度有关。同一个膨胀阀，在不同工况下容量差别是很大的，这与工作时的冷凝压力及蒸发压力的压差有关。

膨胀阀的容量要与汽车空调系统制冷能力相匹配，特别是蒸发器的容量相匹配，使蒸发器最大限度地加以利用。若容量选择过大，使阀经常处在小开度下工作，则膨胀阀开闭频繁，易诱发空调系统工作不稳定，影响车内温度稳定，并降低阀门寿命，在某些特定工况时还会造成压缩机液击；若容量选择过小，则流量太小，造成系统制冷能力不足，不能满足车室内制冷量要求。所以应对每一制冷系统所使用的膨胀阀进行选配。

一般情况下，膨胀阀容量应比蒸发器能力大 20 %-30 ％。如普通轿车的空调制冷量为2.5~3 kw，膨胀阀可选用 3.5~4kw范围内。