汽車空調(diào)用熱力膨脹閥關(guān)鍵性能指標(biāo)檢測方法探討

丁浩 來雨霏

摘要：熱力膨脹閥在汽車空調(diào)系統(tǒng)中起著重要的作用，是制冷系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，其質(zhì)量好壞直接影響整個制冷系統(tǒng)的運行性能，對空調(diào)系統(tǒng)的運行壽命、制冷效果、運行成本具有重要的意義。本文針對汽車空調(diào)用熱力膨脹閥過熱度、閥口泄漏、氣密性及耐久性等4個關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行分析，并研究探討相應(yīng)的檢測方法，為提升熱力膨脹閥的整體質(zhì)量水平，開展政府監(jiān)管提供了必要的技術(shù)手段和基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱力膨脹閥；汽車空調(diào)；制冷系統(tǒng)

引言：

隨著家用汽車的普及，為滿足人們對于汽車舒適性的不斷追求，作為汽車車內(nèi)環(huán)境舒適性重要調(diào)節(jié)裝置的汽車空調(diào)系統(tǒng)，為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制等功能，已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，成為不可或缺的部件。因此汽車的高速增長，必然帶來了汽車空調(diào)行業(yè)的高速增長。熱力膨脹閥是汽車空調(diào)的重要零部件，能對空調(diào)中的制冷劑流量加以控制，起到節(jié)流、降壓、調(diào)節(jié)制冷劑流量等作用，其性能好壞直接影響整個制冷系統(tǒng)的正常運行。目前國內(nèi)現(xiàn)有的膨脹閥性能檢測方法還存在諸多不足之處，難以適應(yīng)膨脹閥生產(chǎn)測試的需求，因此亟需研究熱力膨脹閥關(guān)鍵性能測試方法，為膨脹閥的產(chǎn)品質(zhì)量控制及改進(jìn)提供必要的技術(shù)手段。

一、熱力膨脹閥的工作原理

汽車空調(diào)主要由四個主要部件壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，及其部分其它附件制冷劑、儲液器、干燥瓶、連接管道、電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。在汽車制冷系統(tǒng)中四個基本設(shè)備中，熱力膨脹閥體積最小，但不可或缺，作用同樣巨大，質(zhì)量狀況直接決定整個制冷系統(tǒng)的運行性能，對制冷設(shè)備的運行壽命、節(jié)約能源、降低運行成本等有著重要的意義[1，2]。

熱力膨脹閥通過感溫包感受蒸發(fā)器出口端過熱度的變化，導(dǎo)致感溫包內(nèi)充注的制冷劑產(chǎn)生壓力變化，壓力的作用導(dǎo)致膜片產(chǎn)生彈性變形，并作用于傳動膜片上，促使膜片形成上、下位移，將力傳遞給傳動桿從而推動閥針上下移動，使閥門關(guān)小或開大，起到降壓、節(jié)流作用，此外還能自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的制冷劑供給量，保持蒸發(fā)器出口端為設(shè)定的過熱度，使蒸發(fā)器熱交換面積得到充分作用，以及減少液擊沖缸現(xiàn)象的發(fā)生，可見熱力膨脹閥主要功能是：節(jié)流、調(diào)節(jié)和控制，同時它還有防止液擊和濕壓縮及異常過熱的功能。

熱力膨脹閥由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)和閥體組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其動作原理如圖2所示。感溫包感受到蒸發(fā)器出口溫度后，使整個感應(yīng)系統(tǒng)處于對應(yīng)的飽和壓力P1，該壓力將通過膜片傳給頂桿直到閥芯。在壓力腔上部的膜片僅有P1存在，而膜片的下方則有調(diào)整彈簧的彈簧力F和蒸發(fā)壓力P2，三者處于平衡時有P1=P2+F。當(dāng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷增大時，出口過熱度偏高，P1增大，P1>P2+F，合力使頂桿、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，制冷劑流量按比例增加。反之，熱力膨脹閥開啟變小，制冷劑流量按比例減小。因此，空調(diào)設(shè)備就可以由熱力膨脹閥通過控制過熱度實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的自我調(diào)整。

二、熱力膨脹閥的關(guān)鍵性能指標(biāo)

汽車空調(diào)用熱力膨脹閥的過熱度、閥口泄漏、氣密性、耐久性能是評估熱力膨脹閥性能的重要指標(biāo)[3]。（1）過熱度，熱力膨脹閥感溫包溫度與閥出口或平衡管接頭處（設(shè)計時）壓力所對應(yīng)的制冷劑飽和溫度之差。過熱度的大小可直接反映出蒸發(fā)器其蒸發(fā)面積的利用率，如果一個熱力膨脹閥運行中能使該處的過熱度小，則表示蒸發(fā)面積的利用率高，也就是制冷效率高，假如該處的過熱度甚至為零，那么這蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積利用率達(dá)到100%，相對來說就是制冷的時間會更短。靜止過熱度是熱力膨脹閥從關(guān)閉狀態(tài)到開始開啟點的過熱度，該過熱度是打開閥必須具有的最小過熱度。保證熱力膨脹閥工作在最佳匹配點，就必須保證熱力膨脹閥有合適的過熱度，制冷系統(tǒng)才能達(dá)到最大冷量。因此過熱度對熱力膨脹閥的性能有著重要影響；（2）閥口泄漏，閥口泄漏是檢測閥口關(guān)閉的緊密程度。熱力膨脹閥的閥口若密封不嚴(yán)，在出口側(cè)管路關(guān)閉的情況下，制冷劑可能會通過閥門泄漏，造成正常工作時過熱度過低。（3）氣密性，熱力膨脹閥的氣密性是由閥內(nèi)部向外部泄漏的制冷劑量，氣密性分為出口側(cè)氣密性和進(jìn)口側(cè)氣密性。若氣密性不符合要求，熱力膨脹閥在工作時可能出現(xiàn)制冷劑泄漏，影響制冷效果；（4）耐久性，熱力膨脹閥的耐久性即其工作壽命，由于熱力膨脹閥在工作狀態(tài)下運動部件閥桿會根據(jù)溫度變化不斷調(diào)整開度。長期使用后，熱力膨脹閥的膜片、傳動片和傳動桿運動部件可能出現(xiàn)磨損，抗疲勞能力下降。膜片長期受到壓力后容易出現(xiàn)開裂失效，閥口磨損導(dǎo)致泄漏量超標(biāo)。耐久性能直接關(guān)系到汽車空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作壽命。

三、關(guān)鍵性能指標(biāo)的檢測方法分析

國內(nèi)現(xiàn)行的汽車空調(diào)用熱力膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)主要有QC/T663-2000《汽車空調(diào)用熱力膨脹閥》和JB/T3548-91《制冷用R12、R22、R502熱力膨脹閥》，這兩份標(biāo)準(zhǔn)制定的時間較早，有些技術(shù)內(nèi)容以及難以適應(yīng)現(xiàn)在熱力膨脹閥產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀。目前從事汽車空調(diào)用熱力膨脹閥檢測研究的機(jī)構(gòu)較少，大多數(shù)只針對汽車空調(diào)整機(jī)進(jìn)行測試。有實力從事熱力膨脹閥研究的企業(yè)更少，國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)主要專注于熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對其性能測試較少[4，5]。本文基于汽車空調(diào)用熱力膨脹閥的實際行業(yè)現(xiàn)狀，在綜合分析國內(nèi)外先進(jìn)汽車空調(diào)用熱力膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對影響熱力膨脹閥性能的過熱度、閥口泄漏氣密性和耐久性等關(guān)鍵性能指標(biāo)開展了檢測方法研究，主要包括以下幾個方面：

（一）基于流量的熱力膨脹閥過熱度檢測方法

現(xiàn)有熱力膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)在檢測過熱度時，采用了出口壓力判斷閥口開度大小的原理，這種方法存在對開度變化不敏感、反映不直觀等不足。本研究通過熱力膨脹閥平衡部入口減壓閥，調(diào)節(jié)出不同的外平衡進(jìn)氣壓力，測量不同外平衡壓力下的流量，采集實驗數(shù)據(jù)，通過分析挖掘出流量與容積及流量與壓力之間的對應(yīng)關(guān)系，從而確定不同工況下外平衡壓力加壓參考值。進(jìn)一步挖掘氣體流量和容量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，建立流量法和壓力法之間的數(shù)值關(guān)系。

（二）基于差壓法的熱力膨脹閥內(nèi)漏檢測方法研究

內(nèi)漏是熱力膨脹閥一個重要的性能指標(biāo)，基于差壓傳感器靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有壓力測試靈敏度的特點，差壓法可大大縮短測試時間、增加測試精度。測試中先關(guān)閉排氣閥，延時保證閥口關(guān)閉后關(guān)閉對比閥，作為基準(zhǔn)壓力差，再延時一定時間，讀取差壓計得到泄漏增加量。通過歸納分析管道容積、時間與差壓的數(shù)據(jù)，挖掘出最優(yōu)管道、最優(yōu)時間下的差壓泄漏優(yōu)化檢測方法。

（三）基于同壓錯時法的熱力膨脹閥外漏檢測方法研究

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中熱力膨脹閥外漏指標(biāo)主要采用水檢方式，這方法存在以下缺點：冷媒側(cè)通高壓，平衡部端通低壓，高低壓兩路模式造成管路復(fù)雜，尤其實際測試中容易通過傳動桿竄到一起，進(jìn)而損壞測試夾具?；趯嶋H的測試需求，研究通過控制冷媒進(jìn)氣口和外平衡進(jìn)氣口的電磁閥來控制著兩端進(jìn)氣的順序，然后測量不同延遲時間下外漏量，通過分析挖掘這些數(shù)據(jù)優(yōu)化外漏檢測中合理的壓力設(shè)置及管道布置方式。

（四）高效熱力膨脹閥耐久性檢測方法研究

在研究國內(nèi)外熱力膨脹閥耐久性檢測標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，研究了不同變化頻率、不同壓力曲線形狀、保壓時間因素等對膜片壽命的影響，并且在耐久性檢測過程中增加出口壓力檢測來輔助判斷產(chǎn)品耐用極限。

四、結(jié)論

熱力膨脹閥作為汽車空調(diào)的重要零部件，其性能對汽車空調(diào)效果有著重要影響。國內(nèi)生產(chǎn)的熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)性能、穩(wěn)定性、壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)落后于國外，基本屬于低端產(chǎn)品。亟需研究熱力膨脹閥關(guān)鍵性能測試方法，為膨脹閥的產(chǎn)品質(zhì)量控制及改進(jìn)提供必要的技術(shù)手段。本文在綜合分析國內(nèi)外先進(jìn)汽車空調(diào)用熱力膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對影響熱力膨脹閥性能的過熱度、閥口泄漏、氣密性、耐久性等關(guān)鍵性能指標(biāo)開展檢測方法研究，研究的檢測方法為國內(nèi)熱力膨脹閥生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計制造提供重要的參考依據(jù)，可以促進(jìn)汽車空調(diào)熱力膨脹閥行業(yè)整體質(zhì)量提升和健康發(fā)展。同時也為政府監(jiān)管提供了必要的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

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（本文受2012C23038浙江省科技計劃項目資助）