鄭化章 鄭朦朧 賀晶晶

（1.東風商用車有限公司車輛工廠，十堰442000；2.東風商用車新疆有限公司，十堰442000）

1 前言

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)快速增長，國內(nèi)高等級公路的持續(xù)建設(shè)及物流業(yè)的迅猛發(fā)展，商用車的銷量也不斷攀高，2020年東風商用車實現(xiàn)卡車銷售22.1萬輛，其中配裝空調(diào)車型占比93%以上?？照{(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車的重要組成部分，廣泛采用制冷和制熱系統(tǒng)的空調(diào)是現(xiàn)代汽車的重要特征之一，汽車配裝空調(diào)后，提高了汽車駕駛和乘坐的舒適性，從而提高了汽車行駛的安全性，影響汽車空調(diào)功能正常使用的泄漏問題就成客戶和生產(chǎn)廠家的關(guān)注焦點。

2 東風商用車汽車空調(diào)泄漏

2.1 泄漏及空調(diào)后市場問題

本研究中空調(diào)泄漏都是指空調(diào)制冷劑從工作腔體滲出的現(xiàn)象。

商用車相比乘用車結(jié)構(gòu)復雜，空調(diào)系統(tǒng)布置起來相對難度大，不僅要考慮部件的位置，還考慮管路不同振動源上的影響，同時必須解決連接的可靠性（圖1），從結(jié)構(gòu)、布置、連接形式、承載條件及振動的影響上分析，商用車空調(diào)的泄漏比乘用車風險要遠大，其問題一旦流出，后市場的服務成本比空調(diào)自身的價值要高許多，2018年售后賠償數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)冷媒泄漏賠償486次，占主機廠全年賠償總次的10.71%。因此，商用車的空調(diào)提升檢出率，防止不良品流出刻不容緩。

圖1 東風商用車汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)

2.2 商用車空調(diào)系統(tǒng)泄漏及其原因

東風商用車空調(diào)系統(tǒng)泄漏問題產(chǎn)生原因是由于空調(diào)系統(tǒng)存在較多的軟性管道及接口，很多泄漏情況難以識別，除了零部件自身的質(zhì)量問題，空調(diào)系統(tǒng)的泄漏大都發(fā)生在接頭部位。調(diào)取商用車主機工廠一個時期的生產(chǎn)車輛空調(diào)故障做調(diào)查和研究，共30臺車次，39個故障點，故障部位100%為空調(diào)的接頭部位故障（表1），由于接頭密封和連接扭矩問題占比89.74%，即密封結(jié)構(gòu)的失效是空調(diào)接頭泄漏的主要原因（表2）。

表1 空調(diào)泄漏故障部位

表2 空調(diào)泄漏故障原因

3 空調(diào)泄漏原理及分析

3.1 空調(diào)泄漏原理

空調(diào)泄漏與空調(diào)接頭的密封結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，相比其他泄漏，氣體相對液體對壓力和溫度敏感比較大，特別是純氣體泄漏，遵從Boyle Charle定律，而空調(diào)系統(tǒng)工作狀況之下是一種氣液混合體，不停進行氣液的轉(zhuǎn)換工作過程，受外界溫度和系統(tǒng)影響較大，因而更增加了空調(diào)的泄漏復雜性。如果單從流體力學的角度來講，如果空調(diào)系統(tǒng)工作腔體的工作壓力F工（或壓強）大于密封壓縮的彈性力F彈（或壓強），那么理論上就會出現(xiàn)制冷劑泄漏至常壓腔體（與環(huán)境無阻力相通）之外的現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 空調(diào)泄漏原理

3.2 空調(diào)系統(tǒng)泄漏失效模式分析

空調(diào)系統(tǒng)接頭的密封采用常見的O型密封，其溝槽型式、尺寸、配合要求滿足GB/T 3452.3—2005《液壓氣動用O形橡膠密封圈溝槽尺寸》的規(guī)定[1]，屬于靜密封結(jié)構(gòu)，工作時壓力和溫度是交替變化，密封受力后又微有運動，呈現(xiàn)動密封的一些特點，既要保證密封性能，又要避免或減少由于密封件帶來的摩擦發(fā)熱和磨損[2]，以及其他原因引發(fā)的泄漏失效。通過對實際中空調(diào)泄漏機理的研究，可以分為8種空調(diào)泄漏的失效模式，分別是壓縮量不足、壓縮量過量、彈性老化、內(nèi)部缺陷、裝配切邊、斷裂、損傷、間隙不均，其中內(nèi)部缺陷、裝配切邊、斷裂、間隙不均具有方向性或位置性特點，不同的失效結(jié)構(gòu)模式，壓力的分布表現(xiàn)也是各不相同，其泄漏的失效模式如圖3所示。

圖3 空調(diào)泄漏失效模式

4 東風商用車空調(diào)檢漏技術(shù)

4.1 東風商用車空調(diào)檢漏技術(shù)的發(fā)展過程

空調(diào)檢漏技術(shù)是整車功能檢查的重要內(nèi)容，是空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠工作的保證，選擇適當?shù)目照{(diào)檢漏方式是工藝方案設(shè)計確定的任務之一，直接決定方案的優(yōu)劣、成本以及設(shè)備最終的性能，包括產(chǎn)能、精度及可靠性等，也最能體現(xiàn)工程師設(shè)計能力水平和經(jīng)驗，主要考慮的因素如下。

a.具有符合或模擬工況的環(huán)境測試條件，具備0.2%以上精度級的壓力示值測試判斷；

b.壓力條件、介質(zhì)必須環(huán)保且可靠；

c.容易操作且成本較低可以接受。

東風商用車空調(diào)檢漏技術(shù)2018年之前經(jīng)歷了兩個階段的發(fā)展過程：第一階段，經(jīng)驗判斷法，此階段東風商用車空調(diào)的開發(fā)使用初期，缺乏相應的檢測設(shè)備及條件，基本靠調(diào)整工的經(jīng)驗、感知或目視，感知車型空調(diào)系統(tǒng)制冷的效果差異，觀察視液鏡的制冷劑的氣泡；第二階段，真空壓力空調(diào)檢漏技術(shù)對整車的空調(diào)系統(tǒng)進行檢漏，提升到使用設(shè)備進行系統(tǒng)判斷方法，并隨檢測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)電子檢漏儀，用檢漏儀的探頭沿空調(diào)制冷系統(tǒng)的管路檢查具體的泄漏部位。

4.2 真空壓力空調(diào)檢漏技術(shù)（工況反壓力方向檢漏）

真空加注空調(diào)檢漏即利用加注制冷劑過程，對空調(diào)系統(tǒng)的密封管路系統(tǒng)進行抽真空，通過保壓時間檢測真空度差值，以判斷空調(diào)系統(tǒng)的泄漏量的方法，由于其工作腔體壓力小，因而屬于負壓檢漏法，圖4所示。制冷劑的泄漏量安全條件如下。

圖4 真空壓力檢漏

式中，P為泄漏量，屬產(chǎn)品要求，不影響空調(diào)功能的許用泄漏壓強，采用一定時間內(nèi)的制冷劑泄漏壓表示[3]；ΔP為計算壓強值，表示系統(tǒng)壓強泄漏時的變化率；P2、P3為過程監(jiān)控壓強值。

真空壓力空調(diào)檢漏相比較而言簡單和實用，與加注過程緊密相關(guān)，通常僅合并一個工序，被絕大多數(shù)的商用車公司使用。然而真空加注檢漏也有致命的缺陷，其技術(shù)特點如下。

a.工況條件相反；

b.真空度（極限0.101 MPa）低于工作壓力（1.25 MPa左右）；在3.2空調(diào)泄漏失效模式分析中的內(nèi)部缺陷、裝配切邊、斷裂、損傷、間隙不均不能全部或部分檢測出；

c.工序簡單，成本低廉。

4.3 雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)

雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)是在空調(diào)制冷劑真空壓力檢漏和加注前進行模擬工況壓力空調(diào)檢漏，相當于增加了一道工序，不僅需要持續(xù)切換氮氣，還要消耗材料和人工，相對復雜和增加成本，在商用車領(lǐng)域應用不多，也是近年才開始。雙向壓力法空調(diào)檢漏按其技術(shù)的特點過程分析，技術(shù)條件如表3所示。

表3 工況雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)

模擬工況壓力空調(diào)檢漏就是利用加壓設(shè)備，對空調(diào)系統(tǒng)的密封管路系統(tǒng)進行加壓某種介質(zhì)，通過模擬工作狀態(tài)壓力，保持一定時間檢測壓強的壓差，以判斷空調(diào)系統(tǒng)的泄漏量的方法，如圖5所示。

圖5 模擬工況壓力空調(diào)檢漏

測試介質(zhì)選?。簩τ趬嚎s空氣，干燥器的吸水能力極強，會影響空調(diào)制冷效率，而且會造成壓縮機氣門結(jié)冰、膨脹閥冰堵、腐蝕生銹等問題，所以不可用來檢漏，采用工業(yè)氮氣，其優(yōu)點是無腐蝕性、無水分，且價格便宜，而且環(huán)保無污染，經(jīng)過測算，每臺商用車的空調(diào)檢漏氮氣成本0.82元/臺。

測試壓力選取受制于車輛空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力，室外的環(huán)境工況決定工作時空調(diào)系統(tǒng)的壓力狀況，也就是說由于車型結(jié)構(gòu)配置不同，管路系統(tǒng)容積、壓縮機功率和排量、發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)速等因素，影響空調(diào)系統(tǒng)的工作壓力不同，根據(jù)試驗測得表4。

表4 商用車空調(diào)系統(tǒng)試驗工況壓力表

從試驗的數(shù)據(jù)可以看出，東風商用車的空調(diào)系統(tǒng)高壓腔體工作壓力1.05～1.66 MPa，低壓腔體的工作壓力0.20～0.30 MPa，建立空調(diào)檢漏的工況壓力模型，精準設(shè)定壓力測試范圍。

雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)基于東風商用車的空調(diào)結(jié)構(gòu)，以及空調(diào)檢漏設(shè)備的發(fā)展等客觀條件應用形成的，不能獨立當時技術(shù)條件和水準，具有不同的技術(shù)特點，充分結(jié)合真空壓力空調(diào)檢漏和模擬工況壓力空調(diào)檢漏正好相互補充，使得檢漏全覆蓋東風商用車泄漏失效模式，并針對具體的工況壓力模型，解決了需要方向性失效模式的空調(diào)檢漏和檢漏量化標準和準確率。雙向壓力法空調(diào)檢漏的技術(shù)特點如下。

a.符合工況條件；

b.壓力設(shè)定可以根據(jù)車型或環(huán)境條件而定；

c.在前面分析的3.2空調(diào)泄漏失效模式分析8種模式均可檢測；

d.質(zhì)量精度高，工序增加，成本相比稍高。

5 雙向壓力法空調(diào)檢漏機理及技術(shù)優(yōu)勢

5.1 空調(diào)檢漏技術(shù)方法的突破

國內(nèi)商用車空調(diào)檢漏方法多數(shù)都是單向壓力檢測，尤其負壓真空度的檢測應用較廣，會出現(xiàn)誤判的情況，部分空調(diào)管路出現(xiàn)細微滲漏的情況無法查驗出，一方面是由于真空度的測試壓力比工況的工作壓力低，另一方面是由于真空度檢測壓力方向與工況條件的壓力方向相反，雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)的方向性雙漏判斷是空調(diào)檢漏技術(shù)的新嘗試。

a.采用充氮氣模擬工況提升檢測壓力不足工作壓力的方法，可以檢測裝配致密封破損、裝配不當和力矩問題；

b.雙向檢漏可以檢測3.2中所述密封失效模式中方向問題，包含裝配致密封破損、裝配不當問題、以及其他隱含原因；

c.由于汽車空調(diào)是選擇性間歇使用，工作腔和常壓腔的壓力隨使用狀況而變化，也就是說密封的受力呈現(xiàn)的的是交替增強和減弱變化，密封就表現(xiàn)微弱運動姿態(tài)，不考慮整車運動狀態(tài)的影響，這也需要雙向檢漏判斷更加充分合理的暴露密封方向性的問題。

雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)就應運工況條件提升壓力檢查和雙向檢漏的方法，充分模擬工況壓力、檢測空調(diào)泄漏的失效模式方向問題和使用過程密封交替受力的運動問題，如圖6所示。

圖6 雙向壓力法空調(diào)檢漏

雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)對整車制造環(huán)節(jié)講，無論是檢測壓力、測量精度提升方面，還是減少不良流出方面都有優(yōu)勢，其技術(shù)的方法、條件、特點在4.3詳細表述，2018年前后東風商用車兩種空調(diào)檢漏技術(shù)特點對比如表5所示。

表5 空調(diào)檢漏技術(shù)特點對比

5.2 雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)的經(jīng)濟性

雙向壓力法的設(shè)備于2018年10月開始安裝調(diào)試，當年12月份正式運行。2019售后賠償冷媒泄漏賠償188起，占主機廠全年賠償總次的2.62%，其中故障原因是密封不嚴23起，但更換密封處理的僅9起，其余故障原因主要是動態(tài)因素作用的結(jié)果（如干涉造成的空調(diào)管磨破，固定捆扎點不當造成的空調(diào)管磨破，螺紋連接點動態(tài)松動、及螺紋失效和其他異常），每年可為企業(yè)節(jié)省一筆可觀的費用開支，雖說在生產(chǎn)上成本也增加了一點0.82元/臺，實質(zhì)工序并沒有增加人工，只是提高了現(xiàn)場裝配人員的負荷度，而且省去諸多了整車下線檢查的工作，從品質(zhì)講是無法估量的效益。

6 結(jié)束語

通過對工況雙向壓力法空調(diào)檢漏技術(shù)的研究與應用，提升了整車的空調(diào)質(zhì)量品質(zhì)，2019年空調(diào)因工藝泄漏而賠償?shù)馁|(zhì)量問題數(shù)量下降了61.3%。同時，在提升了空調(diào)檢漏檢測技術(shù)，也提出了未來的研究方向，一是對生產(chǎn)中出現(xiàn)不足1%的空調(diào)泄漏找出產(chǎn)生問題的原因，對空調(diào)裝配的工藝優(yōu)化，二是檢出泄漏的車型找出泄漏點的方法，如采用顯影劑等方式，考慮成本和實際工藝的操作性，都在探索中。

空調(diào)檢漏目的為用戶提供更安全、更可靠、更舒適的空調(diào)，空調(diào)技術(shù)的發(fā)展也是離不開空調(diào)系統(tǒng)的檢漏檢漏技術(shù)，從人工經(jīng)驗判斷到負壓判斷，再到正壓判斷的方法，是不斷努力和追求的結(jié)果，以期推動我國的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。