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制冷循环的冷凝、蒸发温度对制冷量的影响
——五十铃NKR人货两用车空调系统的改造
一、摘要
本文主要介绍重庆生产的五十铃人货两用车，车辆使用一段时期后，由于车辆密封性和发动机隔热效果明显变差，使制冷剂冷却不充分，从而不能满足制冷的要求。通过采用增加一级冷凝器的方法，弥补了制冷剂冷却不足，同时避免了要通过减少循环流量来达到降低蒸发温度的限制。
关键词：空调制冷不足；蒸发器和冷凝器温度和压力偏高；提高冷凝效果
二、前言
随着我国国民经济的迅速发展，国力不断增强，人民生活水平不断提高，对使用的汽车要求也越来越提高。不单对汽车技术性能(如动力性、经济性)有更高要求，而且对其使用的舒适性也有新的要求。而提高舒适性的一个重要标志，就是汽车能够提供良好的空调制冷效果，以满足驾驶员舒适性要求。若空调制冷系统效果不佳，则无法为驾驶员提供一个舒适的工作环境。
三、正文
(一)汽车空调制冷不良故障
据驾驶员反映，我单位一辆五十铃NKR人货两用车空调制冷系统，空调制冷不足。接上岐管压力表测试压力，低压侧压力为0.34MPa，高压侧压力为1.72MPa，高低压侧压力均痹积常标准偏高。运行时观察视液镜制冷剂的流动情况，发现有很多气泡，这反映系统内制冷剂不足，但由于高低压力偏高，说明系统内已混入了大量空气。测试蒸发器温度与压力、冷凝器温度与压力，均已超出正常的范围，若这时不考虑系统压力高，已混人大量空气的故障情况，而直接补充制冷剂，则会使发动机功率消耗增大，系统运行时使压缩机拖死，皮带发热熔断。但不补充制冷剂，系统的制冷剂不足势必造成制冷系统制冷不良。所以应先排除蒸发器和冷凝器温度和压力偏高的故障，然后再补充系统内的制冷剂。
(二)造成故障的原因分析
汽车空调制冷系统工作过程是：经压缩机压缩后的高温高压制冷剂蒸汽，从高压管路进人冷凝器冷却后，以液态形式进入贮液干燥过滤器，滤去杂质、除去水分再经膨胀阀节流降压，以雾状进入蒸发器蒸发吸热，通过蒸发器进行热交换，吸收车厢内空气的热量。吸热后的制冷剂变成低压蒸气，被重新吸回压缩机再压缩循环，通过不断循环，吸收车厢内空气的热量而使车厢内降温。如果制冷系统冷凝器冷凝效果不良，制冷剂不能通过其将仍霍气状态冷却成液体状态而降温，则通过膨胀阀的制冷剂将不能很好降压蒸发，而进行吸热。同时也会使蒸发器过热造成热交换效果不佳，令蒸发器吸热量不大，从而不能大量吸收车厢内空气的热量而使车厢的温度降低。所以汽车空调制冷系统的冷凝器和蒸发器这两个产生热交换的中心部件，只有在冷凝温度和蒸发温度处于最佳状态下才产生最高制冷量，否则必定造成车辆空调制冷系统制冷不良。
五十铃NKP人货两用车空调制冷系统选用的是排量为138mL的SD508型压缩机或排量为161mL的SD510型压缩机。原车有一个350mm×450mm的板式冷凝器装在发动机散热器前面。一个A6型蒸发器安装在车厢内。此车经过一段时间使用，当车厢的密封性和发动机的隔热能力比新车明显下降时，运行空调系统会出现在发动机正常工作状态下制冷剂的温度和压力比原设计标准偏高的情况，从而导致参与制冷循环的制冷剂出现冷凝温度和蒸发温度升高，超出正常的技术范围(正常值：冷凝温度为40～45℃，蒸发温度为-12.5～-5℃)的故障。同时，制冷剂温度升高若接近至冷冻机油闪点时，部分冷冻机油会炭化并集聚在阀门中。这样既增加压缩机冷冻机油的消耗量，又影响阀门的密封性，易使阀门变形损坏，使压缩机充气降低，从而减少制冷剂循环流量。如果部分冷冻机油炭化后窜人制冷系统的膨胀阀内，容易造成膨胀阀堵塞，也会使参与制冷循环的制冷量减少。以上所有这些情况都会使系统运行条件恶化，令空调系统制冷效果显著降低。
解决以上的故障，如果采用从加大冷却空气与冷凝器之间的热传导效果来考虑降低冷凝温度，由于冷凝器安装在发动机散热器的前面，而散热器内的水温较高，虽然车辆前进时，受到空气流冷却，但热量仍能传导到前面的冷凝器上，同时汽车的冷凝器紧靠发动机，散热条件较为恶劣。所以用加大原有冷凝器冷却能力来提高冷凝效果估计提高的幅度有限。
是否可以采用提高膨胀阀节流量来降低蒸发温度呢?
汽车使用的制冷剂是氟利昂R12(F-12)，其蒸发温度可达到-29.8℃，现在此汽车蒸发温度选取在-5～-4℃(曰本最大的轿车空调装置制造商电装“DENSO”株式会社，把蒸发温度定为-1℃。美国汽车公司“AMC”其蒸发温度定为-5～4℃)，相对制冷剂的蒸发温度而言，还有下降空间。然而降低蒸发温度是有一定限制的，不能无限度地降低，因为降低蒸发温度是通过减少循环流量来达到，减少循环流量会使压缩机的性能指标降低，经济指标变差。由于制冷剂流量降低，进入压缩机的制冷剂蒸气比容增大，单位容积制冷量降低，使压缩机的制冷系数下降；而且由于只是蒸发温度降低，而冷凝温度未下降，会令膨胀节流阀前后的压力差增大，压力差过大，单位重量制冷量也会降低，使蒸气比容增大，进而使压缩机容积系数减少，令制冷量降低。所以提高制冷系统的制冷量，只单方面从降低蒸发温度人手，会受到一定限制。
(三)排除故障的措施和方法
通过以上分析，排除此车故障只能从额外加强冷凝强度人手，以此去保证整个系统的冷凝和蒸发温度处于正常状态。若单靠清洗冷凝器、蒸发器或加大原有冷凝器的体积来提高冷却量，或调较甚至更换膨胀阀都不能使冷凝和蒸发温度两者协调符合要求。
曾尝试在冷凝器处加装冷却风扇，或改变冷凝器相对发动机和冷却风扇的位置，但收效都不大。
后来通过在膨胀节流阀流量固定不变情况下，在此车蓄电池后面的位置，加装一个350mm×350mm冷凝器及冷却风扇，把连接原有冷凝器的高压管改为先接人新装的冷凝器再由输出口接原有冷凝器(即在原有的冷凝器前再串入一个冷凝器)。由于增加多一级冷凝器，冷凝效果明显提高，冷凝器流出的制冷剂温度下降，又使蒸发温度相应下降，使系统运行时制冷剂的冷凝和蒸发温度及压力均达到原有的技术要求。
(四)结论
通过以上的方法，排除了五十铃NKP空调使用一段时间后制冷不良故障。从中得出结论：此车设计上冷凝器的冷凝效果只能在新车时即车厢密封性良好和发动机隔热良好的情况下，才能满足制冷要求，而当车辆使用一段时间，车辆密封性和发动机隔热效果明显变差后，就不能满足制冷的要求。采取增加一级冷凝器去弥补制冷剂冷却不足，是一个解决问题行之有效的办法。
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