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製冷循環的冷凝、蒸發溫度對製冷量的影響
——五十鈴NKR人貨兩用車空調系統的改造
一、摘要
本文主要介紹重慶生產的五十鈴人貨兩用車，車輛使用一段時期後，由於車輛密封性和發動機隔熱效果明顯變差，使製冷劑冷卻不充分，從而不能滿足製冷的要求。通過採用增加一級冷凝器的方法，彌補了製冷劑冷卻不足，同時避免了要通過減少循環流量來達到降低蒸發溫度的限制。
關鍵詞：空調製冷不足；蒸發器和冷凝器溫度和壓力偏高；提高冷凝效果
二、前言
隨着我國國民經濟的迅速發展，國力不斷增強，人民生活水平不斷提高，對使用的汽車要求也越來越提高。不單對汽車技術性能(如動力性、經濟性)有更高要求，而且對其使用的舒適性也有新的要求。而提高舒適性的一個重要標誌，就是汽車能夠提供良好的空調製冷效果，以滿足駕駛員舒適性要求。若空調製冷系統效果不佳，則無法爲駕駛員提供一個舒適的工作環境。
三、正文
(一)汽車空調製冷不良故障
據駕駛員反映，我單位一輛五十鈴NKR人貨兩用車空調製冷系統，空調製冷不足。接上岐管壓力錶測試壓力，低壓側壓力爲0.34MPa，高壓側壓力爲1.72MPa，高低壓側壓力均痹積常標準偏高。運行時觀察視液鏡製冷劑的流動情況，發現有很多氣泡，這反映系統內製冷劑不足，但由於高低壓力偏高，說明系統內已混入了大量空氣。測試蒸發器溫度與壓力、冷凝器溫度與壓力，均已超出正常的範圍，若這時不考慮系統壓力高，已混人大量空氣的故障情況，而直接補充製冷劑，則會使發動機功率消耗增大，系統運行時使壓縮機拖死，皮帶發熱熔斷。但不補充製冷劑，系統的製冷劑不足勢必造成製冷系統製冷不良。所以應先排除蒸發器和冷凝器溫度和壓力偏高的故障，然後再補充系統內的製冷劑。
(二)造成故障的原因分析
汽車空調製冷系統工作過程是：經壓縮機壓縮後的高溫高壓制冷劑蒸汽，從高壓管路進人冷凝器冷卻後，以液態形式進入貯液乾燥過濾器，濾去雜質、除去水分再經膨脹閥節流降壓，以霧狀進入蒸發器蒸發吸熱，通過蒸發器進行熱交換，吸收車廂內空氣的熱量。吸熱後的製冷劑變成低壓蒸氣，被重新吸回壓縮機再壓縮循環，通過不斷循環，吸收車廂內空氣的熱量而使車廂內降溫。如果製冷系統冷凝器冷凝效果不良，製冷劑不能通過其將仍霍氣狀態冷卻成液體狀態而降溫，則通過膨脹閥的製冷劑將不能很好降壓蒸發，而進行吸熱。同時也會使蒸發器過熱造成熱交換效果不佳，令蒸發器吸熱量不大，從而不能大量吸收車廂內空氣的熱量而使車廂的溫度降低。所以汽車空調製冷系統的冷凝器和蒸發器這兩個產生熱交換的中心部件，只有在冷凝溫度和蒸發溫度處於最佳狀態下才產生最高製冷量，否則必定造成車輛空調製冷系統製冷不良。
五十鈴NKP人貨兩用車空調製冷系統選用的是排量爲138mL的SD508型壓縮機或排量爲161mL的SD510型壓縮機。原車有一個350mm×450mm的板式冷凝器裝在發動機散熱器前面。一個A6型蒸發器安裝在車廂內。此車經過一段時間使用，當車廂的密封性和發動機的隔熱能力比新車明顯下降時，運行空調系統會出現在發動機正常工作狀態下製冷劑的.溫度和壓力比原設計標準偏高的情況，從而導致參與制冷循環的製冷劑出現冷凝溫度和蒸發溫度升高，超出正常的技術範圍(正常值：冷凝溫度爲40～45℃，蒸發溫度爲-12.5～-5℃)的故障。同時，製冷劑溫度升高若接近至冷凍機油閃點時，部分冷凍機油會炭化並集聚在閥門中。這樣既增加壓縮機冷凍機油的消耗量，又影響閥門的密封性，易使閥門變形損壞，使壓縮機充氣降低，從而減少製冷劑循環流量。如果部分冷凍機油炭化後竄人制冷系統的膨脹閥內，容易造成膨脹閥堵塞，也會使參與制冷循環的製冷量減少。以上所有這些情況都會使系統運行條件惡化，令空調系統製冷效果顯著降低。
解決以上的故障，如果採用從加大冷卻空氣與冷凝器之間的熱傳導效果來考慮降低冷凝溫度，由於冷凝器安裝在發動機散熱器的前面，而散熱器內的水溫較高，雖然車輛前進時，受到空氣流冷卻，但熱量仍能傳導到前面的冷凝器上，同時汽車的冷凝器緊靠發動機，散熱條件較爲惡劣。所以用加大原有冷凝器冷卻能力來提高冷凝效果估計提高的幅度有限。
是否可以採用提高膨脹閥節流量來降低蒸發溫度呢?
汽車使用的製冷劑是氟利昂R12(F-12)，其蒸發溫度可達到-29.8℃，現在此汽車蒸發溫度選取在-5～-4℃(曰本最大的轎車空調裝置製造商電裝“DENSO”株式會社，把蒸發溫度定爲-1℃。美國汽車公司“AMC”其蒸發溫度定爲-5～4℃)，相對製冷劑的蒸發溫度而言，還有下降空間。然而降低蒸發溫度是有一定限制的，不能無限度地降低，因爲降低蒸發溫度是通過減少循環流量來達到，減少循環流量會使壓縮機的性能指標降低，經濟指標變差。由於製冷劑流量降低，進入壓縮機的製冷劑蒸氣比容增大，單位容積製冷量降低，使壓縮機的製冷係數下降；而且由於只是蒸發溫度降低，而冷凝溫度未下降，會令膨脹節流閥前後的壓力差增大，壓力差過大，單位重量製冷量也會降低，使蒸氣比容增大，進而使壓縮機容積係數減少，令製冷量降低。所以提高製冷系統的製冷量，只單方面從降低蒸發溫度人手，會受到一定限制。
(三)排除故障的措施和方法
通過以上分析，排除此車故障只能從額外加強冷凝強度人手，以此去保證整個系統的冷凝和蒸發溫度處於正常狀態。若單靠清洗冷凝器、蒸發器或加大原有冷凝器的體積來提高冷卻量，或調較甚至更換膨脹閥都不能使冷凝和蒸發溫度兩者協調符合要求。
曾嘗試在冷凝器處加裝冷卻風扇，或改變冷凝器相對發動機和冷卻風扇的位置，但收效都不大。
後來通過在膨脹節流閥流量固定不變情況下，在此車蓄電池後面的位置，加裝一個350mm×350mm冷凝器及冷卻風扇，把連接原有冷凝器的高壓管改爲先接人新裝的冷凝器再由輸出口接原有冷凝器(即在原有的冷凝器前再串入一個冷凝器)。由於增加多一級冷凝器，冷凝效果明顯提高，冷凝器流出的製冷劑溫度下降，又使蒸發溫度相應下降，使系統運行時製冷劑的冷凝和蒸發溫度及壓力均達到原有的技術要求。
(四)結論
通過以上的方法，排除了五十鈴NKP空調使用一段時間後製冷不良故障。從中得出結論：此車設計上冷凝器的冷凝效果只能在新車時即車廂密封性良好和發動機隔熱良好的情況下，才能滿足製冷要求，而當車輛使用一段時間，車輛密封性和發動機隔熱效果明顯變差後，就不能滿足製冷的要求。採取增加一級冷凝器去彌補製冷劑冷卻不足，是一個解決問題行之有效的辦法。
