汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)教學(xué)的邏輯起點(diǎn)

陳東生

?

汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)教學(xué)的邏輯起點(diǎn)

陳東生

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，福建 漳州 363000）

在高職汽車(chē)檢修類(lèi)專(zhuān)業(yè)汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)教學(xué)中，由于多數(shù)教材和教學(xué)過(guò)程中忽略關(guān)鍵內(nèi)容，存在教學(xué)目的不明確，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)不突出，前導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容支持不力的瓶頸，通過(guò)補(bǔ)充R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)和汽車(chē)空調(diào)R134a制冷系統(tǒng)工作條件分析的內(nèi)容，獲得較大的教學(xué)成效。

高職教育；汽車(chē)空調(diào)；R134a特性；工作條件分析

《汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)原理與檢修》是高職教育汽車(chē)檢修類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，由于職業(yè)教育教材的內(nèi)容編寫(xiě)“重操作、輕原理”，絕大多數(shù)教師依照教材開(kāi)展教學(xué)，使熱力學(xué)知識(shí)不是常識(shí)的學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生瓶頸。

1 現(xiàn)有教材與教學(xué)內(nèi)容

該課程的絕大多數(shù)版本教材的主要內(nèi)容由制冷系統(tǒng)、暖氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)組成。制冷系統(tǒng)包括熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理、制冷劑的加注與檢漏、制冷系統(tǒng)的維護(hù)、制冷系統(tǒng)故障案例分析等內(nèi)容。其中，熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分編寫(xiě)熱傳遞的基本形式、物質(zhì)的狀態(tài)變化與熱的形態(tài)（物質(zhì)的顯熱與潛熱）的基本概念，制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理部分大量篇幅介紹了壓縮機(jī)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和吸氣與壓縮過(guò)程，冷凝器的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和高壓氣態(tài)制冷劑在其中散熱轉(zhuǎn)化成高壓液態(tài)的功用，儲(chǔ)液干燥器（或積液器）的結(jié)構(gòu)和功用，膨脹閥（或孔管）的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、節(jié)流減壓和調(diào)節(jié)流量的原理，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和低壓液態(tài)制冷劑在其中吸熱轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的功用。制冷系統(tǒng)故障案例部分以系統(tǒng)高低壓管路壓力異常作為故障現(xiàn)象，直接歸納可能產(chǎn)生故障的部位。從教材的內(nèi)容上看，整體框架是符合邏輯的，教師通常以此內(nèi)容順序開(kāi)展教學(xué)的。

2 制冷系統(tǒng)教學(xué)的瓶頸

由于教材的編者對(duì)汽車(chē)維修崗位認(rèn)識(shí)的偏差，在編寫(xiě)教材時(shí)忽略重點(diǎn)、關(guān)鍵的內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，如果僅根據(jù)教材內(nèi)容而未對(duì)這些關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充開(kāi)展教學(xué)，將導(dǎo)致教學(xué)目的不明確，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)不突出，前導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容支持不力，學(xué)習(xí)者產(chǎn)生聯(lián)想和理解的難度較大，教學(xué)成效非常有限。

2.1教學(xué)目的不明確

課程最終目標(biāo)是要教會(huì)學(xué)習(xí)者能根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障部位的能力，教材在制冷系統(tǒng)故障案例分析中直接根據(jù)故障現(xiàn)象歸納故障部位，而未對(duì)故障的內(nèi)在原因進(jìn)行分析，實(shí)質(zhì)是給出問(wèn)題的答案，而沒(méi)有分析解題的思路，將造成學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)理解困難，不能達(dá)到教學(xué)的目的。

2.2教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)不突出

高職學(xué)校汽車(chē)維修類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，是培養(yǎng)既懂原理又懂操作的維修的人才。汽車(chē)維修中難度最大的是故障診斷思路的建立，系統(tǒng)或裝置的工作原理是故障診斷思路建立的基礎(chǔ)。雖然教材介紹了制冷系統(tǒng)的工作過(guò)程和各零部件的功用，它是工作原理的一部分，但是，要使制冷系統(tǒng)工作時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)性能是有條件的，系統(tǒng)性能和工作條件是故障原因分析的主要依據(jù)，而教材未對(duì)制冷系統(tǒng)工作原理的性能和工作條件進(jìn)行分析，易造成學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)工作原理時(shí)產(chǎn)生兩方面的誤解：一是壓縮機(jī)只要把氣態(tài)的制冷劑壓縮提高壓力，就可以經(jīng)冷凝器散熱轉(zhuǎn)化成液態(tài)；二是高壓的液態(tài)制冷劑只要經(jīng)膨脹閥（或孔管）的節(jié)流減壓，就可以在蒸發(fā)器中吸熱制冷。

2.3前導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容支持不力

在介紹制冷系統(tǒng)工作過(guò)程時(shí)，前導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容僅僅是熱力學(xué)基本概念，與復(fù)雜的制冷過(guò)程的邏輯連續(xù)跳躍較大。學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工作原理，就是要為故障診斷提供理論依據(jù)，由于未對(duì)制冷系統(tǒng)的性能和工作條件進(jìn)行分析，僅對(duì)依據(jù)制冷系統(tǒng)工作過(guò)程分析故障原因是不充分的。

3 教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充

本課程在教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，關(guān)鍵是忽視了制冷系統(tǒng)的一個(gè)重要要素——制冷劑的作用。雖然教材也編寫(xiě)了汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)的常用制冷劑的章節(jié)，但是，只重點(diǎn)介紹R134a和R12兩種制冷劑對(duì)環(huán)境的影響、兩種制冷系統(tǒng)的差異、制冷劑使用注意事項(xiàng)，而未對(duì)制冷劑物理特性的解讀，特別是未對(duì)制冷劑飽和蒸發(fā)壓力特性的分析，以及R134a制冷劑在汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作條件分析。

我國(guó)法規(guī)規(guī)定從2000年起，所有新生產(chǎn)的汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)只能使用R134a制冷劑，取代原來(lái)使用的R12制冷劑，因此，在教學(xué)中就可忽略R12制冷劑的教學(xué)內(nèi)容，而且對(duì)R134a制冷劑的解讀與系統(tǒng)分析應(yīng)在制冷系統(tǒng)工作原理教學(xué)之前開(kāi)展。

3.1 R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)的解讀

圖1　R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)

R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)[1]，即飽和蒸發(fā)壓力與飽和蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系曲線(xiàn)，如圖1所示。飽和蒸發(fā)壓力是批密閉條件下，在一定溫度下，與固體或液體處于相平衡的蒸氣所具有的壓強(qiáng)稱(chēng)為飽和蒸發(fā)壓力，所謂相平衡，即是固態(tài)可液態(tài)與氣態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化。曲線(xiàn)反映的特性是隨著飽和蒸發(fā)壓力的升高，飽和蒸發(fā)溫度也升高，每一個(gè)特定的飽和蒸發(fā)壓力有一個(gè)對(duì)應(yīng)的飽和蒸發(fā)溫度，如表1所示，因此，可通俗地理解為在不同的壓力下，R134a制冷劑有不同的沸點(diǎn)。

當(dāng)溫度低于特定飽和蒸發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度時(shí)，R134a制冷劑就達(dá)不到汽化蒸發(fā)的條件處于液態(tài)，反之處于氣態(tài)，同理，當(dāng)壓力高于特定蒸發(fā)溫度下的飽和蒸發(fā)壓力時(shí)，R134a制冷劑也達(dá)不到汽化蒸發(fā)的條件處于液態(tài)，反之處于氣態(tài)，即在特性曲線(xiàn)上方的條件下，R134a制冷劑為液態(tài)，在特性曲線(xiàn)下方的條件下，R134a制冷劑為氣態(tài)。R134a制冷劑的這一熱力學(xué)特性，也可以理解為，要使R134a制冷劑由液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，可以通過(guò)吸熱（提高溫度）和減壓（降低壓力）兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)，反之，要使R134a制冷劑由氣態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)，可以通過(guò)放熱（降低溫度）和加壓（提高壓力）兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)。

表1 R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力與飽和蒸發(fā)溫度對(duì)照表[2]

備注：絕對(duì)壓力＝表壓力+大氣壓力（101.33 kPa）

汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)就是根據(jù)R134a制冷劑的這一熱力學(xué)特性設(shè)計(jì)制造的，其中壓縮機(jī)在制冷系統(tǒng)中不僅是使制冷劑在密閉的系統(tǒng)中循環(huán)的動(dòng)力部件，更主要的是把氣態(tài)的制冷劑提高壓力，為氣態(tài)制冷劑在溫度較高的車(chē)外環(huán)境放熱轉(zhuǎn)化成液態(tài)創(chuàng)造條件。作為節(jié)流減壓裝置的膨脹閥（或孔管），把高壓液態(tài)制冷劑降低壓力，液態(tài)制冷劑在溫度較低車(chē)內(nèi)蒸發(fā)吸熱才有可能。就是利用源源不斷的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中汽化吸熱進(jìn)行制冷的，而源源不斷的液態(tài)制冷劑是從蒸發(fā)器回收，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后，在冷凝器中散熱轉(zhuǎn)化生成的。

3.2 R134a制冷系統(tǒng)工作條件分析

根據(jù)R134a制冷劑飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)可知，R134a制冷液態(tài)與氣態(tài)相互轉(zhuǎn)化的壓力與溫度條件范圍很寬，液態(tài)與氣態(tài)相互轉(zhuǎn)化應(yīng)較容易。但是，汽車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)是根據(jù)使用環(huán)境、制冷效率和制造成本等實(shí)用性因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的，因此，制冷系統(tǒng)工作是有條件的。豐田汽車(chē)公司給出的R134a制冷系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的壓力條件，利用歧管壓力表測(cè)量低壓端為1.5~2.5kg/cm2（表壓力147.06~245.1kPa,其中1Pa＝0.0102 kg/cm2）和高壓端為14~16kg/cm2(表壓力1372.55~1568.63 kg/cm2)[1]，蒸發(fā)器是低壓端的一部分，冷凝器是高壓端的一部分，因此，可理解為高低壓端的壓力是制冷系統(tǒng)正常工作時(shí)，R134a制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的工作條件。

對(duì)照表1數(shù)據(jù)可分析，當(dāng)蒸發(fā)器壓力在下限的1.5kg/cm2時(shí)，R134a制冷劑的蒸發(fā)汽化溫度（即為蒸發(fā)器溫度）在﹣4℃左右，在車(chē)內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于蒸發(fā)器溫度和鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，吸附在蒸發(fā)器表面的冷凝水無(wú)法結(jié)成冰，如果蒸發(fā)器壓力低于1.5kg/cm2時(shí)，蒸發(fā)器溫度更低，將導(dǎo)致吸附在蒸發(fā)器表面的冷凝水結(jié)成冰，堵塞蒸發(fā)器表面翅片間的空隙，使鼓風(fēng)機(jī)的氣流無(wú)法通過(guò)蒸發(fā)器，嚴(yán)重影響車(chē)內(nèi)冷風(fēng)的輸送，蒸發(fā)器與車(chē)內(nèi)空間的熱交換效率大大降低。當(dāng)蒸發(fā)器壓力高于2.5kg/cm2時(shí)，蒸發(fā)器的溫度將高于5℃，將影響車(chē)內(nèi)溫度的控制，在盛夏時(shí)節(jié)車(chē)外溫度較高時(shí)，車(chē)內(nèi)溫度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于在盛夏時(shí)節(jié)，冷凝器周?chē)臏囟容^高，特別是乘用車(chē)的冷凝器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)中，環(huán)境溫度可達(dá)50℃,如果冷凝器的壓力過(guò)低，氣態(tài)的R134a制冷劑冷凝轉(zhuǎn)化成液態(tài)的溫度可能低于環(huán)境溫度，因此，當(dāng)冷凝器壓力在14 kg/cm2時(shí)，對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)汽化溫度為55℃左右，具有約5℃的過(guò)熱度，確保在盛夏時(shí)節(jié)R134a制冷劑在冷凝器中正常冷凝。雖然冷凝器壓力越高對(duì)R134a制冷劑的冷凝越有利，但是，提高壓力對(duì)壓縮機(jī)的制造精度和制冷系統(tǒng)的密封性與耐壓性要求越高，將提高制造成本，同時(shí)，制冷系統(tǒng)工作時(shí)壓縮機(jī)負(fù)荷加大，將增加汽車(chē)的能耗，因此，冷凝器的壓力也不宜過(guò)高。這也就是為什么R134a制冷系統(tǒng)工作條件設(shè)計(jì)在低壓端為1.5～2.5kg/cm2和高壓端為14～16kg/cm2的原因。

4 教學(xué)成效

在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性曲線(xiàn)的解讀，以及制冷系統(tǒng)工作條件的分析，教學(xué)內(nèi)容的邏輯關(guān)系更為合理，學(xué)習(xí)者將對(duì)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理有清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)理解制冷系統(tǒng)的工作過(guò)程和各零部件的作用幫助更大。一個(gè)系統(tǒng)或裝置出現(xiàn)故障，其內(nèi)在原因均可歸結(jié)為工作條件的偏離。在制冷系統(tǒng)故障案例分析時(shí)，利用上述工作條件的分析，學(xué)習(xí)者將容易建立制冷系統(tǒng)故障部位分析的思路，而且分析過(guò)程有理有據(jù)。因此，以R134a制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力特性為課程的切入點(diǎn)和前導(dǎo)內(nèi)容，可以較好地解決《汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)原理與檢修》教材和教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)目的不明確，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)不突出，前導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容支持不力的問(wèn)題，使教學(xué)內(nèi)容更為連貫、前后呼應(yīng)。

[1] HFC134a空調(diào)系統(tǒng)基本原理及維修方法[M]. 豐田汽車(chē)公司, 1997.

[2] 李東江，張大成，宋良玉.國(guó)產(chǎn)轎車(chē)空調(diào)系統(tǒng)檢修手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

（責(zé)任編輯：馬圳煒）

The logic starting point of automobile air conditioning refrigeration system teaching

CHEN Dong-sheng

（College of automobile engineer, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000, China）

This essay introduces that in the teaching of automobile air conditioning and refrigeration system of automobile overhaul specialty in higher vocational education, because most textbooks and teaching process ignore the key content, the existence of the teaching purpose is not clear, the teaching emphases and difficulties are not prominent, the leading teaching content is not good for the follow-up teaching content. By supplementing the saturated evaporation pressure characteristic curve of the R134a refrigerant and the contents of the R134a refrigeration system of automobile air-conditioning, the teaching results are obtained.

higher education; automobile air conditioning; R134a characteristic property; the analysis of operation

2018－01－10

陳東生（1967—），男，福建漳州人，高級(jí)工程師，研究方向：汽車(chē)技術(shù)，職業(yè)教育。

1673-1417（2018）01-0071-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2018.01.0016

U463.851

A