首先,要搞清楚空调系统的组成零件,别看下图很多小部件,实际上空调系统就4个总成零件:压缩机,冷凝器,管路和空调箱(图中右半部分,整体装在仪表台底下)。另外有一个流动的工质——制冷剂R134a,它以气体和液体两种形态在系统内流转,并始终与外界隔绝。
压缩机是系统的心脏,促使制冷剂像血液一样在系统内流动。它固定在汽车发动机上,一般在发动机侧面底部,通过皮带由发动机带动。所以必须启动发动机,空调系统才能开始工作,不然车内只能吹自然风,没有冷风。顾名思义,压缩机的作用就是压缩气态的R134a。气态R134a来自于空调箱(内部有个蒸发器),压力只有2-3公斤;经压缩机压缩后,R134a的压力达到了16公斤左右,从出口管路进入了冷凝器,此时R134a还是气态的,温度约为120度。
空调冷凝器装在汽车最前面,透过前保格栅,看到就是冷凝器。汽车行驶时,有大量高速气流通过,带走热量。高压高热的气态R134a进入冷凝器后,在冷凝器偏管内流动(不能泄露),散发大量热量。这些热量被行驶时的高速气流带走,达到冷却的效果,R134a的温度降到到70-80度,压力几乎不变,因为压缩机在后面不停的压缩。这个过程中因为温度降低,R134a由气体变成了液体,跟水蒸汽降温变成水是一个道理。从冷凝器出来,高压液态的R134a经空调管流入空调箱。
空调箱是个大的塑料壳子,装在仪表台底下,不能直接看到。从发动机舱可以看到两根铝管挨得很近,通到了车内,那就是通向空调箱的管路。在铝管连接空调箱入口处,有个叫TXV的阀门。这个阀门只有针孔大小,但其大小可以自动调节。上图中有错误,红色黄色两跟管子应该连接到TXV阀门。这个阀门后面连着空调箱里面一个叫蒸发器的部件。蒸发器跟冷凝器结构类似,但是一个是散热,一个是吸热。高压液态的R134a从冷凝器、高压管流过来,通过TXV阀门,因为阀门很小,所以流到后面蒸发器里面的R134a也很少,但是空间很大,所以压力迅速会降低,R134a就会变成气体(为什么这个部件叫蒸发器?)。在这个气化的过程中,R134a会迅速降温,并吸收大量的热量,水烧开变成水蒸气不也要吸收很多热量嘛,可以认为R134a也被烧开了,只不过是通过节流膨胀的方法实现的。热量被R134a吸走后,蒸发器表面的温度很低,一般控制在2度左右,低了会在表面结冰,高了不制冷。此时,启动空调风扇,空气循环流经冰凉的蒸发器后,吹到脸上的就是冷风了。
但气态的R134a继续密封在蒸发器里面,经管路流回压缩机,被重新压缩。开始下一个循环。
上面提到两跟主要管路,一根输送的是气态的R134a,从蒸发器流回压缩机的,温度会比较低,大概5-10度,压力大约3公斤左右,所以这根管子被叫做气管,或者低压管;另外一根输送的是液态的R134a,从冷凝器流向TXV阀门,温度大约70度,压力15-16公斤左右,所以被叫做液管,或者高压管。温度不同可以用手感觉出来,液管比较细,气管相对粗一点。
虽然汽车空调系统的原理都是一样的,但不同的车辆空调性能不一样。主要的影响因素有压缩机的排量和效率(越大制冷越好,但耗油),冷凝器的有效面积,蒸发器的功率和有效面积,空调鼓风风量的大小,车内空间的大小等影响。最终系统的制冷性能是一个折衷的结果。