鮑建名

（濰柴動(dòng)力股份有限公司上海研發(fā)中心，上海 201100）

隨著人們對(duì)汽車(chē)駕乘舒適性要求的提高，作為汽車(chē)制冷擔(dān)當(dāng)?shù)目照{(diào)系統(tǒng)不僅會(huì)成為整車(chē)系統(tǒng)的必須品，而且人們會(huì)對(duì)其降溫性能提出更高的要求。

夏季乘車(chē)情況下，空調(diào)系統(tǒng)正常工作時(shí)，會(huì)將車(chē)內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)到乘員最舒適的狀態(tài)，創(chuàng)造良好的駕乘、休息環(huán)境，以提高規(guī)范駕乘效率和減少意外交通事故。但當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，例如蒸發(fā)器表面結(jié)霜，會(huì)導(dǎo)致出風(fēng)口風(fēng)量減少，車(chē)內(nèi)溫度升高，無(wú)法創(chuàng)造良好的駕乘環(huán)境，將增加駕乘風(fēng)險(xiǎn)。本文以市場(chǎng)上某款出現(xiàn)蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象的商務(wù)車(chē)為案例，對(duì)結(jié)霜問(wèn)題進(jìn)行研究、解決。

本文首先對(duì)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)霜的原理進(jìn)行講解，然后針對(duì)案例車(chē)結(jié)霜表現(xiàn)進(jìn)行原因分析，對(duì)可能造成的因素一一測(cè)試排除，最終找到問(wèn)題根本所在，針對(duì)問(wèn)題點(diǎn)提出永久改進(jìn)方案并進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象消失，空調(diào)系統(tǒng)工作正常，降溫性能滿(mǎn)足乘客需求。

1 汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)器結(jié)霜原理

汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、空調(diào)管路5部分組成，空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理如圖1所示。

壓縮機(jī)將低溫低壓的制冷劑 (HFC-134a)氣體壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體，氣體沿空調(diào)管路流至冷凝器，經(jīng)冷凝器放熱冷凝，變?yōu)楦邷馗邏旱闹评鋭┮后w。液體經(jīng)集液管干燥、過(guò)濾，流至膨脹閥，在膨脹閥處節(jié)流、膨脹，變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭╈F。制冷劑霧沿管路流入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器芯體內(nèi)流通，過(guò)程中不斷吸收流經(jīng)蒸發(fā)器表面空氣的熱量，變?yōu)榈蜏氐蛪旱闹评鋭怏w，氣體沿管路重新流回壓縮機(jī)再次壓縮循環(huán)。而經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器降低溫度的空氣沿風(fēng)道進(jìn)入車(chē)廂，由出風(fēng)口吹出，達(dá)到降低駕駛室內(nèi)部溫度的目的。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)組成

空調(diào)系統(tǒng)在制冷過(guò)程中，由于蒸發(fā)器表面溫度很低，熱空氣中的水蒸氣會(huì)遇冷液化成水滴附著在蒸發(fā)器芯體表面。當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度低于0℃時(shí)，蒸發(fā)器表面的水滴及周?chē)乃魵鈺?huì)凝結(jié)成冰，附著在蒸發(fā)器表面，此種現(xiàn)象稱(chēng)為蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象。蒸發(fā)器表面結(jié)霜后，空氣通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)入駕駛室的阻力會(huì)增大，致使出風(fēng)口出風(fēng)量減少，駕駛室內(nèi)溫度升高。

2 問(wèn)題車(chē)輛結(jié)霜表現(xiàn)及排查

某商務(wù)車(chē)已經(jīng)處于SOP階段，AUDIT正常路試過(guò)程中發(fā)生儀表盤(pán)出風(fēng)口風(fēng)量衰減，直到無(wú)風(fēng)吹出故障。路試人員反饋，下車(chē)查看車(chē)輛前圍，空調(diào)高壓管處有霜，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，初步判定空調(diào)蒸發(fā)器結(jié)霜。查閱該車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程資料，前期路試時(shí)出現(xiàn)過(guò)該類(lèi)故障模式：駕駛員長(zhǎng)時(shí)間使用空調(diào)系統(tǒng) (約100 min)，制冷效果變差。后更換HVAC總成，效果得到優(yōu)化，臨時(shí)解決問(wèn)題。

針對(duì)又出現(xiàn)的結(jié)霜問(wèn)題，先進(jìn)行資料收集和整理，2次車(chē)輛結(jié)霜的具體表現(xiàn)為：車(chē)速在60 km/h，車(chē)輛行駛時(shí)間在100 min以上，空調(diào)一直開(kāi)啟狀態(tài)，空調(diào)風(fēng)速在最低速。

首先，對(duì)問(wèn)題車(chē)輛進(jìn)行問(wèn)題復(fù)現(xiàn)。在路試工況下，反復(fù)試驗(yàn)6次 (每次時(shí)間150 min)，共出現(xiàn)2次結(jié)霜現(xiàn)象。后又在怠速、40 km/h、80 km/h等車(chē)速下進(jìn)行測(cè)試，均出現(xiàn)蒸發(fā)器結(jié)霜問(wèn)題。

本文中提到蒸發(fā)器結(jié)霜原因是蒸發(fā)器表面溫度到達(dá)0℃以下后，壓縮機(jī)并沒(méi)有停轉(zhuǎn)，一直處于工作狀態(tài)，使蒸發(fā)器表面的溫度一直保持在0℃以下，水蒸氣不斷在蒸發(fā)器表面凝結(jié)，致使蒸發(fā)器表面的霜越結(jié)越厚。

壓縮機(jī)啟停是通過(guò)蒸發(fā)器表面的溫度傳感器感知蒸發(fā)器表面的溫度，控制壓縮機(jī)的啟停。當(dāng)蒸發(fā)器表面的溫度低于3℃時(shí)，溫度傳感器會(huì)輸出信號(hào)，使壓縮機(jī)停止工作，待蒸發(fā)器表面的溫度高于6℃時(shí)，溫度傳感器會(huì)再次向壓縮機(jī)輸出信號(hào)，使壓縮機(jī)開(kāi)始工作。這樣使蒸發(fā)器表面的溫度一直處于3～6℃之間，既能滿(mǎn)足制冷需求，又不會(huì)發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。而蒸發(fā)器一旦發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，優(yōu)先考慮溫度傳感器出現(xiàn)問(wèn)題。

首先列出了造成蒸發(fā)器結(jié)霜的幾個(gè)原因，針對(duì)這幾種狀況進(jìn)行一一排查。

潛在故障分析：①蒸發(fā)器溫度傳感器插入位置不符合圖紙要求；②蒸發(fā)器溫度傳感器插入位置選點(diǎn)不合理；③蒸發(fā)器溫度傳感器實(shí)物損壞或R-T阻值特性不符合設(shè)計(jì)要求；④控制器錄入的傳感器R-T特性值不符合設(shè)計(jì)要求；⑤蒸發(fā)器內(nèi)堵、內(nèi)漏；

2.1 蒸發(fā)器溫度傳感器插入位置排查

對(duì)到廠(chǎng)HVAC總成進(jìn)行抽查，查看蒸發(fā)器芯體溫度傳感器的插入位置是否符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)抽樣檢查，所有產(chǎn)品溫度傳感器插入位置均符合圖示要求，詳見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 設(shè)計(jì)圖紙溫度傳感器位置

2.2 蒸發(fā)器溫度傳感器插入位置選點(diǎn)是否合理的排查

圖紙要求溫度傳感器位置如圖4所示，隨機(jī)選取3套蒸發(fā)器樣件 (圖5)，通過(guò)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選點(diǎn)位置是否合理。

圖3 蒸發(fā)器芯體溫度傳感器位置

圖4 圖紙要求溫度傳感器位置

溫度傳感器選點(diǎn)位置既不能選取最高溫度處，也不能選取最低溫度處。選取最高溫度處，當(dāng)其達(dá)到3℃時(shí)，其他點(diǎn)處溫度已經(jīng)在0℃以下，蒸發(fā)器會(huì)出現(xiàn)大面積結(jié)霜。選取最低溫度處，當(dāng)達(dá)到3℃時(shí)，其他點(diǎn)處溫度過(guò)高，導(dǎo)致不能充分制冷。溫度傳感器的位置應(yīng)選取在當(dāng)此處的位置達(dá)到3℃時(shí)，最高溫度處0℃以上，最低溫度處0℃以下，且蒸發(fā)器表面20%～25%面積開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)霜，位置最佳。目前傳感器點(diǎn)為15點(diǎn)，從數(shù)據(jù)看此點(diǎn)選擇基本符合要求。

2.3 蒸發(fā)器溫度傳感器實(shí)物是否符合設(shè)計(jì)要求、有無(wú)損壞的排查

拆解問(wèn)題車(chē)輛，查看傳感器實(shí)物無(wú)損壞，進(jìn)行R-T阻值檢測(cè)，恒溫槽控制溫度為0℃，對(duì)蒸發(fā)器溫度傳感器阻值進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果符合阻值特性。

2.4 控制器錄入的傳感器R-T特性值檢測(cè)

1)ON點(diǎn)檢查——指示燈亮，測(cè)得阻值23.7 kΩ，符合6℃對(duì)應(yīng)阻值 (23.6～24.6 kΩ)。

2)OFF點(diǎn)檢查——指示燈滅，測(cè)得阻值27.9 kΩ，符合3℃對(duì)應(yīng)阻值 (27.3～28.6 kΩ)。

2.5 蒸發(fā)器內(nèi)堵、內(nèi)漏測(cè)試

對(duì)問(wèn)題車(chē)輛蒸發(fā)器進(jìn)行內(nèi)堵、內(nèi)漏檢測(cè)，檢測(cè)無(wú)問(wèn)題，如圖6所示。

2.6 故障原因及解決

所有故障都排除，未找到蒸發(fā)器結(jié)霜原因，再次進(jìn)行實(shí)車(chē)排查。

首先將整車(chē)上溫度傳感器外表皮剝開(kāi)，外接萬(wàn)用表，測(cè)試溫度傳感器電阻值隨溫度變化。其次，在溫度傳感器位置插入熱電偶，同時(shí)測(cè)試溫度，詳見(jiàn)圖7。

圖5 隨機(jī)選取3套蒸發(fā)器樣件驗(yàn)證選點(diǎn)位置

圖6 蒸發(fā)器內(nèi)堵、內(nèi)漏測(cè)試

車(chē)輛怠速，開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)。開(kāi)始時(shí)空調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)正常，溫度顯示在3℃時(shí)壓縮機(jī)停止，在6℃時(shí)開(kāi)啟，且萬(wàn)用表測(cè)試溫度傳感器電阻值正常 (3℃時(shí)阻值27.9 kΩ，6℃時(shí)阻值23.7 kΩ)。持續(xù)工作，直到車(chē)輛運(yùn)行100 min之后，第1次出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，此時(shí)溫度傳感器阻值發(fā)生變化。溫度計(jì)顯示溫度傳感器位置處溫度為3℃，萬(wàn)用表顯示溫度傳感器阻值為18 kΩ (對(duì)應(yīng)溫度為10℃)，與溫度無(wú)法對(duì)應(yīng)。由于溫度傳感器感應(yīng)到蒸發(fā)器表面的溫度大于3℃ (實(shí)際已低于3℃)，因此未給壓縮發(fā)出停止工作信號(hào)，導(dǎo)致壓縮機(jī)一直工作，蒸發(fā)器表面結(jié)霜。關(guān)閉車(chē)輛，待蒸發(fā)器表面霜融化后，再次啟動(dòng)車(chē)輛，重復(fù)測(cè)試。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，每次結(jié)霜，溫度傳感器阻值表現(xiàn)相同。

圖7 外接萬(wàn)用表和溫度計(jì)

之前檢測(cè)溫度傳感器本身品質(zhì)并無(wú)問(wèn)題，是什么原因?qū)е聹囟葌鞲衅髯柚蛋l(fā)生大幅度滑變?或許是由于外在物質(zhì)的原因?qū)е聹囟葌鞲衅魇ъ`。外在物質(zhì)能對(duì)蒸發(fā)器產(chǎn)生影響的地方只有溫度傳感器接插頭處，所以對(duì)HVAC箱體接插頭查看，發(fā)現(xiàn)溫度傳感器接插件位置固定在蒸發(fā)器配管壓板正下方，詳見(jiàn)圖8。若長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟空調(diào)，壓板處會(huì)形成冷凝水，若有冷凝水滴入傳感器插件內(nèi)，可能會(huì)造成溫度傳感器出錯(cuò)。

針對(duì)猜想，進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證。啟動(dòng)車(chē)輛，開(kāi)啟空調(diào)，當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度達(dá)到3℃，壓縮機(jī)停止工作，一切表現(xiàn)正常。待蒸發(fā)器表面溫度升高至6℃，壓縮機(jī)重新啟動(dòng)，對(duì)溫度傳感器接插件處進(jìn)行人工噴水，噴水之后，蒸發(fā)器表面溫度降低至3℃時(shí)，壓縮機(jī)并未停止，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，萬(wàn)用表測(cè)試溫度傳感器阻值跟結(jié)霜時(shí)表現(xiàn)相同，運(yùn)行一段時(shí)間后蒸發(fā)器表面開(kāi)始結(jié)霜。在其他車(chē)輛上模擬實(shí)驗(yàn)，表現(xiàn)相同。后將問(wèn)題車(chē)輛溫度傳感器接插頭位置移到蒸發(fā)器配管壓板上方，再進(jìn)行路試，所有車(chē)輛問(wèn)題消失。

圖8 溫度傳感器接插件位置

3 總結(jié)

空調(diào)開(kāi)啟時(shí)，殼體外會(huì)有冷凝水，該傳感器安裝位置貼近空調(diào)殼體，因?qū)蛹醋龇浪幚?，殼體外的冷凝水會(huì)沿著電線(xiàn)或滴入對(duì)接件中形成短路，造成溫度傳感器阻值信號(hào)輸出錯(cuò)誤，使壓縮機(jī)一直工作，導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)冰。