第四节 热力膨胀阀和节流管

第四节 热力膨胀阀和节流管

膨胀阀和节流管是现代汽车空调常用的节流装置，主要用来解除液态制冷剂的压力，使制冷剂能在蒸发器中蒸发，是系统高低压的分界点。膨胀阀多用于低中级轿车，节流管则多用于中高级轿车。

液态制冷剂必须在低压状态下才容易吸热蒸发，而通过冷凝器出来的是高压状态的液体制冷剂，因而它必须通过节流元件减压后才能变成低压的容易蒸发的雾状体。

为了充分发挥蒸发器的换热面积，最理想的是在蒸发器出口处制冷剂刚好全部蒸发完毕，成为临界饱和蒸气，这样能使蒸发器的换热面积一点不浪费。但实际上这样是很危险的，因为若不在蒸发器出口至压缩机入口之间采取其他措施，稍有不慎，未蒸发完的液态制冷剂进入压缩机会发生“液击”而损坏压缩机。

所谓“液击”就是这种过饱和气体（含有未蒸发完的液态制冷剂的气体称为过饱和气体）在压缩机中因压缩升温，成为过热蒸气的过程中，其中所含的液滴迅速蒸发膨胀，使气缸中压力骤增，活塞阻力突然加大，就像受到重击一样。

解决的方法有两种，一是使蒸发器出口的制冷剂有一定的过热度。热力膨胀阀能根据出口过热度的大小，自动调节其开度，改变制冷剂流量。一般热力膨胀阀的出口过热度可控制在3～8℃。二是保住蒸发器的最大换热能力，在蒸发器出口与压缩机进口之间设置气液分离器。在这种方式中，节流元件采用固定阻尼的节流孔管（汽车空调中称为塑料节流管），蒸发器一般则是满液式的，这种系统称为CCOT系统。

膨胀阀是一类可以调节制冷剂流量的节流设备；节流管则是固定流量的节流器件。无论是膨胀阀还是节流管，它们都必须安装在蒸发器的进口前。采用膨胀阀的制冷系统，需要在冷凝器出口和膨胀阀之间配置储液干燥器；采用节流管的制冷系统，则在蒸发器出口和压缩机进口之间配置集液器。

一、膨胀阀

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。图2-46所示为膨胀阀安装位置及外形。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2-47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2-46 膨胀阀的安装位置及外形

汽车空调的节流膨胀装置主要是热力膨胀阀，另外，还有组合式阀、电子膨胀阀等。

1.热力膨胀阀的作用

热力膨胀阀是一种膨胀节流装置，它是制冷系统中自动调节制冷剂流量的元件，广泛应用于各种空调制冷系统中。热力膨胀阀的工作特性好坏，直接影响整个制冷系统能否正常工作。热力膨胀阀以蒸发器出口的过热度为信号，自动调节制冷系统的制冷剂流量。

图2-47 桑塔纳2000系列轿车膨胀阀的安装位置

学习提示：

热力膨胀阀一般有以下三个作用：

①节流降压。使从冷凝器来的高温、高压液态制冷剂节流降压成为容易蒸发的低温、低压雾状制冷剂进入蒸发器，将制冷剂分成高压侧和低压侧，但工质的液体状态没有改变。

②自动调节制冷剂流量。由于制冷负荷的改变以及压缩机转速的改变，要求流量作相应调节，以保持车内温度稳定。膨胀阀能自动调节进入蒸发器的流量，以满足制冷循环要求。

③控制制冷剂流量，防止液击和异常过热发生。膨胀时以感温包作为感温元件控制流量大小，保证蒸发器尾部有一定量的过热度，从而保证蒸发器容积的有效利用，避免液态制冷剂进入压缩机而造成液击现象，同时又能控制过热度在一定范围内。

大多数汽车空调制冷系统在运行过程中，其冷负荷是变化的。如系统刚开始降温时，车内的温度较高，这时就要求蒸发器的制冷剂流量增大，而当车内温度较低时，冷负荷减少了，这时要求蒸发器的制冷剂流量减小。因此，热力膨胀阀的作用就是根据系统冷负荷需要调节制冷剂流量，使制冷系统能正常地工作。

2.热力膨胀阀的结构原理

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、神龙富康等轿车）普遍采用。

（1）内平衡式膨胀阀 图2-48所示是内平衡热力膨胀阀。图中2是感温包，内装惰性液体或制冷剂液体，当蒸发器出口温度较高时，感温包内液体温度随之上升，从而压力也增高。高压作用在膜片上侧，当数值大于蒸发器进入压力和过热弹簧压力总和时，针阀7离开阀座，阀门开启，制冷剂流入蒸发器。针阀7开启后，较多的制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，上侧压力降低，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力经常处于不平衡状态，所以阀门不断地开启、闭合。

图2-48 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—调整螺针 5—弹簧 6—制冷剂入口 7—针阀 8—膜片 9—蒸发器

具体受力分析如下，膨胀阀膜片承受三个力的作用：

向下的力：pf―感温包内制冷剂气体对膜片的压力；

向上的力：pe―蒸发器进口处制冷剂压力（通过内平衡孔连通）；

ps―弹簧的弹力。

其工作原理是：

当pf=pe+ps时，膜片不动，阀处于某一开度，制冷剂保持一定流量。

当pf>pe+ps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pf增大，使pf>pe+ps，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，制冷量亦增加。

当pf<pe+ps时，与pf>pe+ps的情况相反。

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2-49所示。

在内平衡式膨胀阀的基础上，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pe变成了pe′即蒸发器出口处的压力。显然pe′<pe，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2-50所示，主要由膜片、感温元件、球阀和调节弹簧组成。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。H形膨胀阀是把感温包缩到阀体内的回气管路上，从而提高了阀的工作灵敏度。但这种结构加工难度较大，膜片中心开孔也会影响膜片的开阀特性，其工作原理如图2-51所示。

图2-49 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2-50 H形膨胀阀的外形及结构

a）外形 b）结构

1）结构。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2-50所示的结构示意图中，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。温度传感器装在制冷剂从蒸发器至压缩机的气流中。制冷剂温度变化，传感器膨胀或收缩，直接推动阀门（钢球和过热弹簧）。H形膨胀阀的结构保证了低压侧压力直接作用于膜片下侧。任何形式的膨胀阀作用，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。

图2-51 H形膨胀阀工作原理

a）热负荷较小时的开度 b）热负荷较大时的开度

2）控制过程。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调节弹簧控制。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。

3）优点。H形膨胀阀安装在蒸发器的进出管之间，阀上端直接暴露在蒸发器出口介质中，感应温度不受环境温度影响，也不需要通过毛细管避免造成时间滞后。由于该膨胀阀无感温包、毛细管和外平衡接管，可免除因汽车颠簸、振动而使充注系统断裂外漏以及感温包包扎松动而影响膨胀阀的正常工作，提高了膨胀阀的抗振性能。有的带低压保护开关和恒温器，称为组合式H形膨胀阀，如图2-52所示。

3.膨胀阀的选配与安装

膨胀阀的容量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）及阀的开度有关。膨胀阀容量一定要与蒸发器相匹配，容量过大会使阀经常处于小开度下工作，阀开闭频繁，影响车内温度稳定，降低阀门寿命；容量过小，不能满足车内制冷量要求。一般情况下，膨胀阀容量应比蒸发器能力大10%～20%。

安装膨胀阀时有下列要求：

1）膨胀阀一般应直立安装，不允许倒置。

2）感温包一般安装在蒸发器水平出口管的上表面，要包扎牢靠，保证感温包与管子有良好的接触，接触面要清洁、紧贴，并用隔热防潮胶包好。必要时膨胀阀阀体也用隔热胶包好。

3）外平衡管要装在感温包后边管段的上表面处。

4）对于外调式膨胀阀，必须在发动机正常运转情况下进行调整，并由熟练的空调技术人员调好。

图2-52 组合式H形膨胀阀

1—低压开关 2—恒温器 3—出液管 4—进液管 5—感温插孔 6—感温管 7—H形膨胀阀

二、膨胀阀的拆装

图2-53 桑塔纳3000型轿车膨胀阀的结构

1—蒸发器芯 2—O形圈 3—膨胀阀 4—固定块 5—高压管 6—低压管

图2-54 膨胀阀的拆卸

1.膨胀阀的拆卸

膨胀阀在拆卸前，应将制冷剂从系统内排出并回收，操作前应将车辆的电源切断，拆除影响拆卸的导线及端子并做好记号。下面以桑塔纳3000型轿车的空调系统为例来介绍膨胀阀的拆装。膨胀阀的安装位置如图2-53所示，其拆卸步骤如下：

1）拆下蒸发器。

2）取下感温管上包裹的绝缘带。

3）松开感温包，若膨胀阀为外平衡式，应先拆下平衡管路。

4）如图2-54中箭头A所示，旋出螺栓，拆下固定块。

5）如图2-54中箭头B所示，拆下膨胀阀上连接冷凝器的制冷剂液体管，拆卸管接头处的O形圈。

6）检查膨胀阀内的滤网，若堵塞，应清洁或更换。

7）如图2-54中箭头C所示，拆下膨胀阀连接蒸发器的制冷剂气管，拆卸管接头处的O形圈。

8）拆下膨胀阀的支撑架，从蒸发器上取下膨胀阀。

2.膨胀阀的安装

膨胀阀的安装顺序与拆卸顺序相反，具体步骤如下：

1）安装膨胀阀的支架，将膨胀阀装上蒸发器。

2）在膨胀阀与蒸发器管接头上安装O形圈，连接蒸发器进口到膨胀阀出口的管路，拧紧到合适的力矩。

3）在膨胀阀与冷凝器管接头上安装O形圈，连接冷凝器液体管到膨胀阀进口的管路，拧紧到合适的力矩。

4）通过支架插入感温包，再用绝缘带包裹感温包，如图2-55所示。感温包插入的位置：a=150mm，b=130mm；插入深度为85mm。

三、膨胀阀的检修

膨胀阀的常见故障是发生冰堵或脏堵、阀口关闭不严、滤网堵塞及感温包或动力头焊接处发生泄漏等。膨胀阀的检查方法有两种：一是在车上检查膨胀阀；二是在台架上实验检查膨胀阀。

1.在汽车上测定膨胀阀的性能

若在汽车上直接测定膨胀阀性能，以确定膨胀阀的故障原因，可在发动机散热器前放一个大的轴流风扇，模拟汽车行驶时的迎面风速，按下列步骤进行测试：

①将歧管压力表组件与空调系统相连，起动发动机，将转速调至1000～1200r/min，空调温控器（或拔杆）调至最冷（MAX）位置，让空调系统运行10～15min。

②查看低压侧压力表读数，如果偏低，在膨胀阀周围包上51℃的抹布，继续观察低压表读数。

③若低压压力能上升至正常值或接近正常值，则说明系统内有水汽，应设法消除（更换储液干燥器，并用较长时间抽真空，再充注制冷剂，重新检测系统）。

④若低压压力未升高，则从蒸发器出口处小心卸下膨胀阀感温包，将感温包握在手中。

⑤若压力仍偏低，则说明膨胀阀有问题，应将其卸下，在台架上进行检查。在拆除膨胀阀时，若发现膨胀阀进口有堵塞，则在清洗和维修膨胀阀后，应更换储液干燥器。

⑥按上述第②条查看低压表读数时，若低压读数偏高，则从蒸发器出口处小心卸下膨胀阀感温包，将其放入冰水中（在冰水中加些盐，使其温度降至0℃）。

⑦若低压压力降至或接近正常值，则可能是感温包隔热包扎不严或安放位置不对，对其重新定位并包扎后再测定。

图2-55 蒸发器感温包的安装

1—感温管 2—支架 3—蒸发器感温包

⑧若低压压力仍然偏高，则应卸下膨胀阀，移至台架上进行检查。

⑨测试结束后，应关闭所有空调控制器，降低发动机转速，直至关机，取下压力表组。

2.在台架上实验检查膨胀阀

1）将膨胀阀从制冷系统中取下来，若过滤网（如果有过滤网的话）上有污物，要取下并清洗干净。

2）按图2-56所示将歧管压力表组与制冷剂罐、膨胀阀连接好，软管与低压表之间接一个带开关的过渡接头。

3）关闭高、低压手动阀，并将水盆中水的温度调节至52℃，然后将膨胀阀感温包放在温水中。

4）拧开制冷剂罐的阀门，慢慢开启高压手动阀，至高压表读数为483kPa。

5）对应最大流量的低压表读数应该在296～379kPa之间。若读数高于379kPa，表示膨胀阀供应制冷剂过量；若读数低于296kPa，则系统制冷剂量不足。

6）膨胀阀流量的调整可以通过调整弹簧压力来实现。先拧开膨胀阀出口接头，用内六角扳手调整螺母。顺时针旋转时，制冷剂供应量减小；逆时针旋转时，制冷剂供应量增大。

7）将感温包放在冷却液温度为0℃的冰水中，打开高压压力开关，高压表压力应为483kPa，此时可测其最小制冷剂供应量。

图2-56 在台架上检查膨胀阀

四、膨胀节流管（孔管）

图2-57 膨胀节流管的安装位置

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，如图2-57所示，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。

膨胀节流管系统目前使用的温度控制方法有循环离合器膨胀节流管系统（CCOT，Cycling Clutch Ori-fice Tube）、可变容积膨胀节流管系统（VDOT，Variable Displacement Orifice Tube）、固定膨胀节流管离合器系统等。膨胀节流管的结构如图2-58所示。它是一根细铜管，装在一根塑料套管内。在塑料套管外的环形槽内装有密封圈。有的还有两个外环形槽，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2-58 膨胀节流管的构造

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，因此美国、日本等国家有许多高级轿车采用膨胀管式制冷循环。其缺点是制冷剂流量不能根据工况变化进行调节。

膨胀节流管制冷系统的最大特点是：用节流管取代了复杂的膨胀阀，用集液器替代了储液干燥器。因而其结构非常简单。膨胀节流管系统的工作原理如图2-59所示。

图2-59 膨胀节流管系统的工作原理

1—压缩机 2—冷凝器 3—膨胀节流管 4—蒸发器 5—电源 6—温度控制器 7—电磁离合器 8—溢流孔 9—气液分离器

制冷剂经过压缩，在冷凝器里液化成高压液体后，经过节流管的节流降压作用，又变成低温的低压制冷剂，在蒸发器内吸热蒸发成气体。由于节流管不具备调节液体流量的功能，所以当压缩机高速运转时，蒸发器有可能蒸发不彻底，在其出口易出现液体制冷剂。为了避免压缩机出现“液击”而受到损坏，在蒸发器出口安装一个气液分离器，使多余的液态制冷剂在此处再蒸发成气体，然后送到压缩机进行压缩。在气液分离器出口处，设置了一个溢流孔，目的是把制冷剂中分离出的冷冻机油从溢流孔送回压缩机。

五、节流管的拆装与检修

膨胀节流管可代替膨胀阀，用于CCOT系统的节流机构。各种汽车的节流尺寸不完全相同。

某些型号汽车在液管（制冷剂高压侧管路）上装有不能进入制冷剂通道的节流管。节流管在冷凝器入口和蒸发器出口间的具体位置由液体管路金属部分上的一个圆形的凹陷或三个凹状切口来确定。

节流管的主要故障是堵塞，一旦发生堵塞，一般只能更换，而且同时还需要更换集液器。拆装节流管需要专门工具。在拆卸之前，首先应判断故障，对其进行检测。

1.节流管的检测

①将歧管压力计与系统连接，发动机转速调至1000～1200r/min，将空调控制器调至最冷（MAX）位置，让空调系统运行10～15min。

②查看低压表读数。若系统无其他问题且制冷剂量合适，而低压表读数偏低，则说明节流管可能堵塞。

③将低压开关断路。

④在节流管周围包上约52℃的温湿布。

⑤若低压表读数上升至正常值或接近正常值，则说明系统内有水气，节流管正常，应更换集液器。

⑥若低压表读数仍偏低，甚至出现真空，则说明节流管有脏堵，应更换节流管。

2.有拆卸口的节流管拆装

1）拆卸未损坏的节流管。

①用冷媒回收与充注机将系统中的制冷剂回收。

②把蒸发器进口管拆下（此时节流管就露出来了），把进液管中的所有碎片、污物清理干净。

③倒一点冷冻润滑油到节流管的密封部分。

图2-60 节流管拆卸工具

1—蒸发器进液管 2—节流管拆卸工具 3—切口 4—节流管

④把拆卸工具（如图2-60所示，它是在T形套筒中加了一个开槽的圆管）上的槽对准节流管上的柄脚（凸起）并插入。

⑤转动T形手柄，使开口圆管夹住节流管。

⑥握住T形手柄（千万别转动），顺时针转动外面的细长形六角套筒，这样节流管就会被拉出。

2）拆卸已破碎的节流管。若节流管已破碎，用一般工具很难取出。此时，应用图2-61所示的专用工具将其取出，方法如下：

①首先将蒸发器进液管中的所有碎片（节流管的）清除出去，在进液管中加几滴冷冻润滑油。

②将专用工具的螺纹锥伸到坏节流管中的铜质孔中，用手转动T形手柄，直至确信已接触到节流管。

③转动工具的外壳，直到坏节流管被拉出。

④若拉出的仅是节流管中的铜管，其塑料套管仍留在蒸发器进液管中，则应将拉出的铜管卸掉，再把工具插入塑料管中，将塑料管拉出。

3）安装节流管

①将蒸发器进液管清理干净。

②在节流管外表涂上冷冻润滑油。

③将节流管装入拆装工具，然后推入进液管中，直到碰到凸起推不动为止。

④装O形密封圈，将进液管与蒸发器连接好。

⑤若已拆下集液器，将新的集液器装上。

3.无拆卸口的节流管拆装

1）拆卸

①缓慢排放系统中的制冷剂。

②从汽车上拆下液管。注意液管安装方向，以便按同样方向将其装回。

③确定节流管的位置（图2-62）。在液管上找到圆形凹陷或三个凹口，这些凹口均为节流管的出口端。

④用截管器在液管上切除63.5mm长管段，如图2-63中的A所示，使其在两端弯头处露出至少25.4mm，如图2-63中的B所示。

注意：不要在截管器的进给螺纹上加过大压力以避免扭曲液管。不应使用钢锯，如必须使用钢锯，应冲洗液管两端面以去除污染物，如金属屑等。

图2-61 取破碎节流管的专用工具

1—蒸发器进液管 2—破碎节流管拆卸工具

图2-62 确定节流管的位置

图2-63 切去旧节流管

2）更换固定节流管（图2-64）

①液管各端面套上压紧螺母。

②使压紧环锥形部分朝向压紧螺母，向液管各端面套上压紧环。

③用洁净的冷冻油润滑两只O形密封圈，并将其分别套在液管的每一截面上。

图2-64 更换固定节流管

1—压紧螺母 2—压紧环 3—O形密封圈 4—节流管套 5—节流管 6—液管

④把内部装有节流管的节流管套装在液管的两截面，用手拧紧两个压紧螺母。注意图2-55中箭头所标明的流动方向，应朝着蒸发器方向流动。

⑤用台虎钳夹住节流管套以拧紧压紧螺母。确保软管弯头与被拆卸时的排列方法相同，以便于重新放置液管。

⑥拧紧各压紧螺母的力矩为87～94N·m。

3）系统装复

①按照维修程序，对系统进行检漏。

②控制维修程序，对系统进行抽真空。

③按照维修程序，对系统充注制冷剂。

④重复或继续进行检测。