汽车空调压力及其故障分析

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[摘要]阐述了汽车空调系统的工作原理，说明了汽车空调正常工作时的压力值有一个较大范围的原因，同时分析了压力超出正常范围可能的故障原因。

[关键词]汽车空调 压力 故障分析

[中图分类号]G [文献标识码]A

[文章编号]0450-9889（2013）02C-0191-02

当汽车空调系统发生故障时，其压力值会发生变化，能从变化的压力值来诊断汽车空调系统的故障，是汽车空调维修人员应具备的基本素质。汽车空调正常工作时的压力，有一个较大的变化范围，在有关汽车空调的书本中均可以找到，但基本上没有说明为什么是这么一个变化范围，而且不同的书本答案各不相同。多年以来，笔者无论是给中职学生讲汽车空调课程，还是给汽车维修企业的汽车维修人员作汽车空调维修培训，经常会被问到这样的问题：汽车空调正常工作时，其高、低压力值为什么没有一个固定的值？到底为多少是合适的？压力变化反映了什么问题？为了解决这个问题，我们先要知道汽车空调的组成并理解其工作原理。

一、汽车空调的组成

汽车空调的组成很简单，核心的部分只有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器这四大部件，另加上一个辅助部件：储液干燥器，组成了一个封闭的管路系统，管路内部有制冷剂在循环，目前所用的制冷剂为R134a。

二、汽车空调的工作原理

汽车空调的工作原理是一个热力学问题。任何物质的存在形式都有固态、液态、汽态三种状态，各种形态在一定的条件下可以相互转化，由于汽车空调内的制冷剂只在液态与汽态间转化，我们在此只叙述液态与汽态间转化规律。物质由液态转化为汽态的过程我们称为汽化过程；物质由汽态转化为液态的过程我们称为冷凝过程。

物质在液态与汽态间的转化，是与温度和压力两个参数有关的。在一定压力下，液态物质受热后温度升高到一定值会沸腾汽化，沸腾就是液态物质转化为汽态的过程，此时要吸收大量的热量，在其周围表现为冷效应，但物质的温度却保持不变，因此称此热量为汽化潜热，称此时的温度为物质在此压力下的沸点，只有当液体全部汽化完，其温度才会升高。反之，汽体降温到沸点时，也会由汽态转换为液态，这就是冷凝过程，在冷凝过程中，会放出大量的热量，在其周围表现为热效应，但物质的温度也是保持不变的（放出的热量就是汽化时吸收的汽化潜热），只有当汽体全部冷凝为液体，其温度才会下降。我们不难看出，沸点就是物质在液态与汽态间的转换点，此时的物质处于汽液共存状态，当温度低于沸点时物质处于液态；高于沸点时，物质处于汽态。

物质的沸点不是固定的，会随着压力的增大而上升、压力的减小而下降。不同的物质在相同压力下有不同的沸点。目前汽车空调用的制冷剂R134a的压力与沸点的关系节选表如表I：

汽车空调就是利用液态的制冷剂通过膨胀阀节流降压后送，人低压的蒸发器，在低压的蒸发器内制冷剂低温沸腾汽化吸热，把蒸发器周围热空气的热量吸走，蒸发器周围的热空气即变成了冷空气，通过鼓风机吹出来的就是空调的冷气了。如果有足够多的液态制冷剂，就可以实现在相当长时间内汽化吸热而有连续的冷气吹出，而现实中不可能有哪么多的液态制冷剂，于是要设法让汽化后的汽态制冷剂又转换为液态才能保证连续的冷气。通过压缩机加压，提高了制冷剂的沸点，制冷剂就可以在较高的温度下转化为液态了。如加压到1.54MPa，从R134a压力与沸点关系节选表可以看出，其沸点为59℃，只要低于59℃，R134a就会转化为液态了，通过冷凝器散热，这很容易实现。

三、汽车空调正常工作时的压力

汽车空调的压力有一个较大的变化范围，有两方面的原因：一方面是因为其压缩机由发动机驱动，发动机由于负荷的不同，其转速一般在1000-5000r/min的范围内变化，有的甚至更大。当发动机转速增大时，压缩机转速也增大，压缩机的压缩及抽吸作用会增强，低压会变低，高压会变高；反之，发动机转速下降时，低压就会升高，高压会降低。另一方面，环境的温度是变化的，即空调的热负荷也不是固定的。环境的温度升高，空调的热负荷会增大，无论是蒸发器还是冷凝器，温度都会升高，压力也会随之升高；相反，环境温度的下降，压力也会随之下降。即无论是低压压力还是高压压力，都会随发动机的工况及环境温度的变化而变化，不可能有一个固定的值。

（一）汽车空调正常工作时低压侧压力值

对于汽车空调系统，蒸发器内的温度不能太低，也不能太高。如果蒸发器内的温度太低，蒸发器会结霜，堵塞了空气的通路，吹不出冷气，达不到降低车内温度的目的；而如果蒸发器内的温度太高了，吹出的空气就不够冷。对于空调系统，蒸发器在-5℃-5℃时与空气的热交换比较理想，即无论什么工况，都要尽可能地控制其蒸发器内部的温度处于-5℃-5℃，从R134a压力与沸点关系节选表得知，R134a的沸点在-5℃～5℃时，其蒸发压力在0.14MPa～0.25MPa，这就是汽车空调正常工作时低压侧的压力范围。

（二）汽车空调正常工作时高压侧压力值

低压侧的压力，可以比较好地实现人为控制，但高压侧的压力，人为的控制能力就非常有限了。其压力主要由热负荷决定：环境温度升高，其热负荷增大，散热所需的温差就要增大，导致空调冷凝器的散热温度升高较多。例如，环境温度在30℃时，假设冷凝器有25℃的温度差就满足散热要求，那么冷凝器的散热温度约为30+25=55℃；如环境温度升到35℃，空调的热负荷增大了很多，25℃的散热温度差就不够了，可能需要28℃的散热温度差了，此时冷凝器的散热温度变成了35+28=63℃。环境温度只升高了5℃，但冷凝器升高的散热温度可不止5℃。另外，汽车在太阳直射的情况下，热负荷还会进一步增大，冷凝器的散热温度也会进一步升高；另外，冷凝器的散热能力还与车速、冷凝风扇的转速、冷凝器本身的脏污情况有很大的关系。现在汽车空调的冷凝器风扇均有低速档及高速档，当冷凝压力高于一定值时（一般为1.77MPa，对应的冷凝温度约为65℃），冷凝器风扇高速档运行，以加强散热，避免压力进一步升高。在环境温度为30℃-35℃时，汽车空调冷凝器的散热温度一般在55℃-65℃间，从R134a压力与沸点关系节选表得知，其冷凝压力约为1.4MPa-1.8MPa间，这就是汽车空调正常工作时高压侧的压力范围。当发动机处于冷态，又在室内或环境温度较低时，高压侧压力会低于1.4MPa，有时只有1.1MPa左右，也是正常的。只要空调高压侧视液镜内没有汽泡，冷气感觉足够，高压侧的冷凝压力低些表明冷凝器的散热能力很好。

四、压力异常的故障分析

（一）高压、低压均偏低

这种情况最为常见，有一个最为直观的感觉就是空调不够凉，原因是空调系统内制冷剂不足。汽车空调系统要求密闭，但汽车空调系统又是一个开放的系统（有各管接头及转动轴伸出的开启式压缩机），很容易出现制冷剂泄漏，造成系统内制冷剂量不足，高压、低压均会偏低，产生的冷气也不足。

（二）低压侧压力很低甚至呈现真空状态，高压侧压力也较低

这种情况是空调系统管路被堵了。汽车空调的管路被堵，一般发生在储液干燥器或者膨胀阀处。当空调系统管路被堵时，只是在开机的很短一段时间，有制冷剂从低压侧经压缩机压缩到高压侧，制冷剂到了高压侧后无法循环到低压侧，就以液态的形式储存在高压侧（主要在冷凝器内），造成低压侧无制冷剂而出现真空状态；高压侧的压力也不会太高，压缩机虽在运转，但无汽可压，也无汽可排，冷凝器内储存的是液态的制冷剂，其压力也只是相应环境温度为沸点对应的压力。由于环境温度一般不会超过40℃，从R134a压力与沸点关系节选表得知，此时的压力一般不会超过1MPa，比正常的高压侧压力低。

（三）高压、低压均偏高

高压、低压均偏高，主要有两种情况。一是冷凝器外表脏污，散热能力变差，制冷剂从蒸发器吸收来的大量热量无法散出，冷凝器温度就会升高，冷凝器压力也会随之升高。二是系统内有空气，空气在空调工作的温度及压力下是不会凝结为液体的，如果空调系统内有空气，会在冷凝器内有很大空间及散热面积，但其导热性能很差，制冷剂从蒸发器吸收来的大量热量也无法散出，同样会造成高低压力升高。汽车空调正常工作时，高低侧压力均高于大气压，工作时空气不可能进入系统，系统内的空气只是因为抽真空不彻底造成的。

（四）低压偏高、高压偏低

这种情况也有两种可能：一是压缩机损坏，内部密封不良或阀门损坏，造成压缩效率低下。二是膨胀阀损坏，开度过大。这两种情况中，压缩机损坏的可能性大，更换已损坏部件即可。

（责编 丁梦）