摘要：制冷劑是汽車空調(diào)系統(tǒng)能否正常制冷的關(guān)鍵因素，通過REFPROP軟件的計(jì)算數(shù)據(jù)和對高壓側(cè)壓力檢測的結(jié)果，分析制冷系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑相態(tài)，并對制冷系統(tǒng)伴隨噪音、振動等異常情況進(jìn)行初始判斷。汽車空調(diào)制冷故障是汽車舒適系統(tǒng)常見故障之一，故障點(diǎn)涉及空調(diào)系統(tǒng)電路、傳感器、空調(diào)控制器、控制面板、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、干燥瓶等主要部件，只要其中之一出現(xiàn)異常，均可導(dǎo)致汽車空調(diào)制冷功能出現(xiàn)故障。據(jù)此，分析了汽車空調(diào)制冷劑對系統(tǒng)制冷性能的影響，并對汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷故障診斷所需的一些方法和技能進(jìn)行解析。

關(guān)鍵詞：制冷劑；壓縮機(jī)；冷凝器；蒸發(fā)器；制冷性能

中圖分類號：U472.9? 收稿日期：2024-02-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202406030

1 前言

汽車空調(diào)制冷是通過制冷劑的物理狀態(tài)發(fā)生改變，即在從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)過程中，因制冷劑本身焓變，進(jìn)行吸熱導(dǎo)致本身降溫，使制冷劑與蒸發(fā)器壁面形成溫差，蒸發(fā)器壁面將熱能傳遞給氣態(tài)制冷劑，制冷劑將熱量以潛熱形式進(jìn)行“存儲”，從而降低蒸發(fā)器壁面的溫度，形成壁面低溫面，使車內(nèi)流通的空氣與蒸發(fā)器外壁面之間有較明顯的溫差，從而將車內(nèi)流過蒸發(fā)器的空氣熱量帶走，達(dá)到空氣降溫的效果。

汽車空調(diào)制冷原理與目前市面上的家用空調(diào)、冰箱、冰柜制冷原理相同。汽車空調(diào)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)有效制冷，需具備以下條件：a.形成獨(dú)立的相對密閉的系統(tǒng)，車內(nèi)與車外需進(jìn)行密閉分隔，形成車內(nèi)與車外氣體相對密閉的空間，理想狀態(tài)下使車內(nèi)空氣熱量經(jīng)制冷劑循環(huán)傳遞到車外后，熱量不再進(jìn)入車內(nèi)；b.制冷劑進(jìn)行熱量的傳遞必須在制冷系統(tǒng)管路和主要換熱元器件中發(fā)生“相變”，進(jìn)行潛熱與顯熱的轉(zhuǎn)換。

通過汽車空調(diào)制冷原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的解析，按故障檢測及診斷排除的難易程度排序，要解決汽車空調(diào)制冷故障，需從系統(tǒng)制冷劑量的檢測、汽車空調(diào)控制電路檢測診斷、制冷系統(tǒng)部件檢測維修等方面對汽車空調(diào)制冷故障進(jìn)行診斷和維修。

2 制冷劑對系統(tǒng)制冷性能的影響

制冷劑量的多少對汽車空調(diào)制冷性能有重要影響，目前無精確理論計(jì)算方法，制冷劑加注量由實(shí)驗(yàn)決定[1]。汽車空調(diào)系統(tǒng)使用R134a專用制冷劑，制冷劑量的多少由各主機(jī)廠汽車設(shè)計(jì)決定，如別克凱越空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷劑加注量推薦值為640 g，大眾邁騰空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷劑加注量推薦值為500 g±10 g。

21 制冷劑相變分析

通過使用專業(yè)制冷數(shù)據(jù)庫計(jì)算軟件REFPROP（流體熱力學(xué)和輸運(yùn)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫）獲得汽車空調(diào)所用制冷劑R134a的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)，以便分析制冷劑在不同溫度和壓力下所呈現(xiàn)的物相狀態(tài)，為高低壓側(cè)的檢測分析提供必要的參考依據(jù)。表1所示為R134a在飽和狀態(tài)下，7～62 ℃（近似在280～335 K范圍）的飽和壓力值以及平衡狀態(tài)下的氣、液密度物理參數(shù)。

通過軟件REFPROP計(jì)算的圖表曲線可以獲得制冷劑在不同溫度下的飽和蒸氣壓，以此作為判斷制冷劑所處于液相或氣相的理論依據(jù)，方便對制冷系統(tǒng)因制冷劑加注量超出設(shè)計(jì)范圍導(dǎo)致的一系列故障進(jìn)行分析。圖1所示為R134a飽和狀態(tài)溫壓曲線。

結(jié)合表1，空調(diào)制冷系統(tǒng)在高壓側(cè)溫度300 K（近似27 ℃）溫度下，R134a的飽和蒸氣壓為0702 MPa，若此溫度下高壓側(cè)壓力值小于07 MPa，制冷劑將呈現(xiàn)氣態(tài)。一般汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑壓力傳感器檢測點(diǎn)設(shè)計(jì)在冷凝器出口端管道上，以檢測高壓、液態(tài)的制冷劑壓力值。如果制冷劑經(jīng)過冷凝器后未冷凝形成液態(tài)，制冷劑未通過冷凝器放熱由高壓、高溫、氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏?、中常溫、液態(tài)的相變熱釋放，制冷劑同樣將無法在蒸發(fā)器內(nèi)發(fā)生相變，無法通過潛熱變化吸熱，導(dǎo)致制冷劑在冷凝器出口高壓側(cè)高溫，在蒸發(fā)器無法實(shí)現(xiàn)冷量轉(zhuǎn)換，因此導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)無法制冷。同理，在300 K溫度下的蒸發(fā)器及低壓側(cè)管道中，如果制冷劑量過多，導(dǎo)致經(jīng)過膨脹閥后壓力小于0702 MPa，在膨脹閥后及蒸發(fā)器及低壓側(cè)管道中的制冷劑將大量呈現(xiàn)液態(tài)，沒有發(fā)生由液相到氣相的轉(zhuǎn)變，蒸發(fā)器也無法進(jìn)行有效冷量轉(zhuǎn)換。這種狀態(tài)對系統(tǒng)安全隱患大，很容易發(fā)生液擊現(xiàn)象，容易損壞空調(diào)制冷系統(tǒng)及相應(yīng)部件，因此要求制冷劑加注量必須嚴(yán)格按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

22 制冷劑量不足時(shí)的故障現(xiàn)象及故障排除

當(dāng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷劑不足時(shí)，不使用儀器檢測，通過觸覺感受到的現(xiàn)象有：

a.開啟制冷系統(tǒng)，在室內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)下出風(fēng)口無體感冷風(fēng)，長時(shí)間運(yùn)行溫度會升高。

b.用手觸摸低壓側(cè)管道無冰涼觸覺，表現(xiàn)為常溫。

c.用手觸摸冷凝器后高壓側(cè)管道，溫度略比冷凝器進(jìn)口高壓側(cè)管道溫度低。

d.用手觸摸冷凝器進(jìn)出口附近，溫度無非常明顯變化，這是冷凝器無大量放熱的表征。

通過使用空調(diào)維修歧管壓力表組對系統(tǒng)高低壓測壓力進(jìn)行檢測，機(jī)艙環(huán)境溫度在300 K左右時(shí)，系統(tǒng)靜態(tài)時(shí)高低壓測壓力小于04 MPa，通過使用桑塔納汽車空調(diào)臺架實(shí)驗(yàn)，靜態(tài)下壓力小于01 MPa，壓力開關(guān)開啟低壓保護(hù)狀態(tài)，無法接通壓縮機(jī)電磁離合器回路，動態(tài)起動初期低壓側(cè)壓力迅速降到02 MPa以下，高壓側(cè)壓力在08 MPa以下，當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后隨著環(huán)境溫度升高，高低壓側(cè)最大壓力值均有所上升。若使用汽車故障診斷儀對空調(diào)系統(tǒng)高壓側(cè)制冷劑壓力進(jìn)行檢測，壓縮機(jī)電磁離合器處于吸合狀態(tài)，但在起動初期高壓側(cè)壓力很難升到09 MPa（注：系統(tǒng)內(nèi)壓力會隨環(huán)境溫度的上升而上升，在讀取壓力值做判斷時(shí)要充分考慮系統(tǒng)溫升帶來的影響）。

對于制冷劑不足的故障現(xiàn)象，一種是因?yàn)橹评鋭┫到y(tǒng)存在泄露導(dǎo)致制冷劑量不足，如果經(jīng)過泄露檢測無漏點(diǎn)，在補(bǔ)加制冷劑后再次運(yùn)行制冷系統(tǒng)，再進(jìn)行檢漏，檢漏合格即可恢復(fù)空調(diào)制冷性能。補(bǔ)加制冷劑采用低壓側(cè)法動態(tài)加注，加注量結(jié)合高低壓的壓力表所檢測的壓力值來判斷。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，在機(jī)艙溫度300 K左右，低壓側(cè)壓力值在02～03 MPa，高壓側(cè)在09～12 MPa之間能保證制冷系統(tǒng)有較好的制冷效果。若補(bǔ)加注制冷劑后經(jīng)過泄漏檢測發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，特別是壓縮機(jī)及其連接端，需要先對漏點(diǎn)進(jìn)行處理，檢漏合格后進(jìn)行抽真空，并按制冷系統(tǒng)加注量要求加注冷凍機(jī)油和制冷劑。若在壓縮機(jī)處泄露，還應(yīng)對壓縮機(jī)進(jìn)行檢測，判斷是否需要更換。對于帶有視液鏡干燥罐的制冷系統(tǒng)，還可以通過觀察視液鏡中有無氣泡翻騰現(xiàn)象來判斷制冷劑量，如果有連續(xù)氣泡產(chǎn)生則可判斷制冷劑量不足[2]。如果氣泡翻騰劇烈或無液態(tài)則說明嚴(yán)重缺乏制冷劑。

3 制冷控制電路故障分析及排除方法

31 壓縮機(jī)控制電路分析及故障診斷

壓縮機(jī)控制電路因不同車系設(shè)計(jì)而有比較大的差異，故障現(xiàn)象也有所不同。如帶電磁離合器的壓縮機(jī)電路正常時(shí)，在起動壓縮機(jī)時(shí)離合器吸合有明顯的撞擊聲音，通過聲音可判斷壓縮機(jī)啟動電路是否正常；但對無電磁離合器的壓縮機(jī)起動時(shí)不能通過人的聽覺來判斷。通過觸覺感受冷凝器進(jìn)出管路溫差變化，可判斷壓縮機(jī)是否工作。借助歧管壓力表，通過檢測分析高低壓側(cè)壓差可判斷壓縮機(jī)是否啟動運(yùn)行；借助汽車故障診斷儀，可通過讀取故障碼、數(shù)據(jù)流來檢測和分析壓縮機(jī)電路故障。下面分別對帶電磁離合器壓縮機(jī)的別克凱越和使用壓縮機(jī)調(diào)節(jié)閥的大眾邁騰兩種空調(diào)壓縮機(jī)控制電路進(jìn)行分析。

311 帶電磁離合器的壓縮機(jī)控制電路分析

以別克凱越空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)電路故障診斷為例，檢測壓縮機(jī)電路主回路供電及接地是否正常，同時(shí)檢測壓縮機(jī)繼電器工作是否正常，若正常則對壓縮機(jī)電磁離合器處接插器進(jìn)行檢測，并鎖定故障點(diǎn)。若檢測壓縮機(jī)電路主回路正常，下一步對控制回路進(jìn)行檢測，仍然先檢查電源及接地控制信號有無接通，可以使用示波器檢測ECM壓縮機(jī)控制端子信號變化來判斷，也可在操作時(shí)用萬用表檢測端子電壓變化來判斷。最后借助汽車故障診斷儀查詢故障和讀取數(shù)據(jù)流，判斷蒸發(fā)器溫度傳感器、制冷劑壓力傳感器、環(huán)境溫度傳感器、出風(fēng)口溫度傳感器和陽光輻射傳感器、水溫傳感器和控制器等是否影響了壓縮機(jī)起動控制的傳感器。

312 帶壓縮機(jī)調(diào)節(jié)閥的壓縮機(jī)控制電路分析

以大眾邁騰所用壓縮機(jī)控制電路為例，該制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)使用一個(gè)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)制冷劑，壓縮機(jī)在發(fā)動機(jī)啟動后一直處于工作狀態(tài)。通過空調(diào)控制面板/空調(diào)控制器所設(shè)置的室內(nèi)目標(biāo)溫度來控制壓縮機(jī)調(diào)節(jié)閥N280，通過空調(diào)控制器控制N280的電源來控制制冷劑進(jìn)氣量，以實(shí)現(xiàn)對制冷量的控制。

32 冷卻風(fēng)扇控制電路導(dǎo)致的制冷故障

由制冷原理分析，冷卻風(fēng)扇不工作導(dǎo)致的制冷故障，其直接原因是冷卻風(fēng)扇在車輛靜態(tài)下，發(fā)動機(jī)機(jī)艙通風(fēng)不良而使冷凝器無法有效散熱，使冷凝器翅片表面溫度過高，制冷劑不能大量釋放潛熱，最終造成液化效果不好，從而導(dǎo)致空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷性能不良。

33 蒸發(fā)器溫度傳感器故障導(dǎo)致的制冷故障分析

蒸發(fā)器溫度傳感器用于防止蒸發(fā)器溫度過低導(dǎo)致蒸發(fā)器翅片間結(jié)冰堵塞，影響室內(nèi)循環(huán)空氣與蒸發(fā)器之間的換熱。為了防止蒸發(fā)器結(jié)霜，通過監(jiān)測蒸發(fā)器出口溫度來控制壓縮機(jī)，當(dāng)監(jiān)測溫度低于2 ℃，ECM將斷開壓縮機(jī)電路。溫度傳感器為NTC型傳感器，可通過檢測電阻值判斷傳感器性能，如檢測異常則對其直接進(jìn)行更換。如果傳感器失效，將可能導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)冰，影響室內(nèi)空氣正常換熱降溫，或者影響壓縮機(jī)正常開啟運(yùn)行。

4 制冷系統(tǒng)泄漏檢測

制冷劑泄漏常用鑒別方法較多，下面主要介紹幾種常用的檢漏方法。

41 正壓檢漏（皂泡法）

通過歧管壓力計(jì)向空調(diào)系統(tǒng)充注設(shè)計(jì)壓力的11倍干燥氮?dú)?，一般?2～15 MPa的干燥氮?dú)?，把肥皂水或其他起泡劑涂在管路接口或焊縫處，觀察有無氣泡產(chǎn)生；沒有氮?dú)馄繒r(shí)，可以充注一定量制冷劑代替。此種方法精度較差，對于微小泄漏點(diǎn)或不便觀察的部位難以有效應(yīng)用[3]。

42 負(fù)壓檢漏

使用空調(diào)制冷劑加注回收機(jī)來回收管道內(nèi)的制冷劑，使用真空泵對系統(tǒng)進(jìn)行抽真空20～25 min，至系統(tǒng)真空度接近01 MPa，保持真空狀態(tài)10 min，觀察低壓側(cè)真空表指針變化。如真空表指針示值無減小，檢漏合格；如真空度示值明顯減小，則說明系統(tǒng)泄漏，不合格。采用負(fù)壓檢漏法只能判斷系統(tǒng)有無泄漏，不能判斷系統(tǒng)具體泄漏點(diǎn)位置，只適用于制冷劑加注時(shí)的初步檢漏判斷，若存在泄漏，再通過其他方法查找漏點(diǎn)。

43 熒光檢漏

將熒光彩色劑按一定比例加入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作 15～20 min后，用紫外藍(lán)光檢漏燈照射待檢部位，并戴上專用眼鏡觀察，如果有泄漏，泄漏點(diǎn)將呈黃色熒光。熒光檢漏定位準(zhǔn)確，使用簡單方便，檢修成本較低，特別適用于微小的泄露點(diǎn)檢測。

5 結(jié)語

汽車空調(diào)制冷是汽車駕乘人員使用空調(diào)的主要功能。導(dǎo)致制冷故障的原因有很多，要理解制冷的原理及制冷劑的特性。制冷故障的診斷應(yīng)遵循簡便快捷的處理思路，通過聽覺、觸覺可以判斷壓縮機(jī)是否工作，借助歧管壓力表組可以對異常做進(jìn)一步分析以及快速補(bǔ)充制冷劑等作業(yè)，但應(yīng)注意運(yùn)行環(huán)境溫度變化對制冷劑壓力影響。需要注意的是，制冷劑的回收與加注應(yīng)充分結(jié)合維修手冊參考加注量并考慮冷凍機(jī)油的補(bǔ)充。使用空調(diào)維修歧管壓力表檢測靜態(tài)和動態(tài)高低壓側(cè)壓力，結(jié)合制冷劑的飽和蒸氣壓特性曲線，根據(jù)相對穩(wěn)定環(huán)境溫度下的壓力變化綜合分析制冷系統(tǒng)的工況，決定對制冷劑和冷凍機(jī)油進(jìn)行補(bǔ)充或更換；結(jié)合使用汽車故障診斷儀讀取故障碼、壓縮機(jī)電磁離合器開關(guān)信號，以及高壓側(cè)壓力和蒸發(fā)箱溫度等數(shù)據(jù)流，可以進(jìn)一步縮小電路故障檢測范圍。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

何迎，男，1983年生，講師，汽車維修高級技師，研究方向?yàn)槠嚈C(jī)電維修。

基金項(xiàng)目：貴州省高等職業(yè)教育興黔富民行動計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目（JP56070206）