基于汽車空調(diào)制冷劑泄漏預(yù)防的設(shè)計(jì)研究

蔣晶++毛萍

摘 要：調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)汽車空調(diào)制冷劑的泄漏及影響等問題還沒有較完善的預(yù)防控制措施。本文通過分析汽車空調(diào)制冷劑泄漏的情況，針對(duì)目前的手動(dòng)空調(diào)和自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)預(yù)防控制的設(shè)計(jì)方案，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其可操作性及研究?jī)r(jià)值，為汽車制造和生產(chǎn)廠家在今后汽車空調(diào)制冷劑的泄漏預(yù)防設(shè)計(jì)改進(jìn)及汽車空調(diào)加裝等方面提供了極好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)；制冷劑；泄漏；預(yù)防；控制

中圖分類號(hào)：TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.汽車空調(diào)制冷劑常見泄漏現(xiàn)象及其危害

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)一般是由管路把空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、膨脹閥（或膨脹管）蒸發(fā)器這幾大主要部件連接起來的封閉循環(huán)系統(tǒng)。這種壓縮式循環(huán)制冷系統(tǒng)的原理是讓制冷劑在制冷管路循環(huán)中流動(dòng)，通過制冷劑在蒸發(fā)器吸熱并將熱攜帶到冷凝器散熱，把熱傳出車廂外，從而達(dá)到制冷的目的。這些組成部件中，壓縮機(jī)、壓力開關(guān)連接處、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液罐及管路連接處是常見的泄漏部位。

由于制冷系統(tǒng)是封閉的循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑和冷凍機(jī)油能在其中循環(huán)地流動(dòng)是可制冷的關(guān)鍵，所以對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的密封性要求非常高，如果系統(tǒng)中任何一部位有泄漏，則制冷系統(tǒng)將遲早會(huì)出現(xiàn)故障。如果是微小的泄漏，則制冷系統(tǒng)會(huì)慢慢地表現(xiàn)出制冷效果不良的故障現(xiàn)象，久而久之就會(huì)出現(xiàn)汽車空調(diào)不制冷的現(xiàn)象。

不管是怎樣的泄漏現(xiàn)象，如果不加以預(yù)防控制，其結(jié)果是導(dǎo)致空調(diào)不能正常工作，從而造成資源的浪費(fèi)，也影響車輛的舒適性。此外，讓人察覺不到的是泄漏出的制冷劑排入到大氣中，會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，更嚴(yán)重的是一些車輛還在悄悄地使用R12的成分，這些成分如泄漏到大氣中，就會(huì)破壞臭氧層，造成較嚴(yán)重的環(huán)境污染。

汽車空調(diào)制冷劑的泄漏不僅會(huì)引發(fā)汽車空調(diào)故障，而且還會(huì)給大氣環(huán)境造成危害，因而預(yù)防和控制制冷劑的泄漏顯得相當(dāng)重要。

2.現(xiàn)有汽車空調(diào)制冷劑泄漏的應(yīng)對(duì)策略

汽車空調(diào)常見的故障表現(xiàn)為汽車空調(diào)不制冷，間歇制冷，制冷效果不良，有異響噪音等，而汽車空調(diào)的許多故障大都是由制冷劑泄漏引起的，因而對(duì)汽車空調(diào)的維修作業(yè)很大一部分是檢漏，查漏。為了能找出相應(yīng)的泄漏部位而研發(fā)出了一些專用的檢漏設(shè)備和檢漏方法，如電子檢漏儀、熒光檢漏儀、加壓檢漏、泡沫檢漏等。一般來說，如果制冷系統(tǒng)存在泄漏，泄漏較緩慢時(shí)，還不會(huì)影響到制冷效果時(shí)一般人們不會(huì)去注意，到了影響到制冷效果時(shí)，便會(huì)去檢查了，檢查到有泄漏點(diǎn)時(shí)，許多修理廠會(huì)采取將管路的制冷劑排空處理，然后更換部件，再檢漏，如沒明顯泄漏了，就再加注制冷劑。也有一些車主如不需用到空調(diào)，會(huì)到了制冷劑全泄漏完了，才會(huì)處理其空調(diào)系統(tǒng)的泄漏問題。有的維修廠家根本找不出泄漏原因，泄漏完了再加，反反復(fù)復(fù)，他們以為因加一次制冷劑不需要太多的經(jīng)濟(jì)成本，顧客是可以接受的。這些應(yīng)對(duì)策略，都是較被動(dòng)地應(yīng)對(duì)制冷劑泄漏的處理方式，無形中造成了資源損失，帶來了環(huán)境影響。如果有一種具備預(yù)防泄漏的更節(jié)能環(huán)保的控制裝備或系統(tǒng)，就會(huì)更受歡迎。

3.關(guān)于制冷劑的泄漏預(yù)防控制設(shè)計(jì)

在汽車空調(diào)制冷劑泄漏的初始過程中，如果能被察覺出，并能發(fā)出警報(bào)信號(hào)，中止制冷劑的泄漏，并能及時(shí)用冷媒回收加注機(jī)將管路中的制冷劑回收起來，便可減少制冷劑的泄漏排放，降低資源損失，減少對(duì)環(huán)境污染。

3.1 設(shè)計(jì)原理

相關(guān)研究試驗(yàn)表明，汽車空調(diào)壓縮機(jī)吸氣壓力與溫度及壓縮機(jī)排氣壓力與排氣溫度是反映制冷劑量的大小的重要參數(shù)，通過試驗(yàn)可尋找到壓力與制冷劑量之間的變化關(guān)系。制冷劑的量與制冷系統(tǒng)的高、低壓壓力有關(guān)，他們之間的關(guān)系如圖1、圖2所示。

根據(jù)圖1與圖2坐標(biāo)系內(nèi)的離散點(diǎn)，運(yùn)用線性插值法，可以求出吸氣壓力在0.197059MPa～0.221176MPa范圍內(nèi)的任意壓力所對(duì)應(yīng)的R134a的制冷劑含量，以及排氣壓力在1.4MPa～2.3MPa范圍內(nèi)任意壓力時(shí)的制冷劑的量。同理，在達(dá)到制冷系統(tǒng)運(yùn)行條件情況下，一定制冷劑的量在制冷系統(tǒng)達(dá)到靜止平衡狀態(tài)時(shí)會(huì)對(duì)應(yīng)一定的靜態(tài)壓力值，可測(cè)試出在制冷系統(tǒng)能運(yùn)行的情況下，制冷劑量從高到低所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)壓力值數(shù)據(jù)。同樣根據(jù)所得數(shù)據(jù)的離散點(diǎn)，運(yùn)用線性插值法，可求出靜態(tài)壓力在正常范圍內(nèi)的任意壓力所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)所含有R134a制冷劑的含量。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)壓力計(jì)算出的制冷劑含量的差值超過14.2g每年時(shí)，即泄漏量每年超過這數(shù)值時(shí)測(cè)認(rèn)為超規(guī)定值應(yīng)觸發(fā)相應(yīng)的預(yù)警反應(yīng)。（由于分子運(yùn)動(dòng)，因而系統(tǒng)會(huì)存在微小的滲漏是正常允許的）

3.2 設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)設(shè)置的手動(dòng)空調(diào)控制電路中幾乎無壓力傳感器和溫度傳感器，但定會(huì)有簡(jiǎn)單的感溫感壓元件。可把感壓元件如壓力開關(guān)換成壓力傳感器，加裝上相應(yīng)的溫度傳感器感受室內(nèi)室外溫度，同時(shí)加上控制的ECU和執(zhí)行元件。

對(duì)于現(xiàn)設(shè)置的自動(dòng)空調(diào)控制電路中一般會(huì)有壓力傳感器和溫度傳感器，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)或改進(jìn)設(shè)計(jì)，利用這些傳感器提供的信號(hào)同時(shí)加上控制的ECU和執(zhí)行元件，進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)思路如圖3所示。

制冷系統(tǒng)在首次或抽真空后加入適量制冷劑后，系統(tǒng)重新記時(shí)。同時(shí)記下當(dāng)時(shí)正常制冷時(shí)高壓壓力和低壓壓力及靜態(tài)時(shí)壓力。當(dāng)實(shí)時(shí)壓力低于規(guī)定值時(shí)，雖還能讓空調(diào)運(yùn)行，在顯示屏顯示報(bào)警信息，同時(shí)觸發(fā)蜂鳴器。如靜態(tài)壓力進(jìn)一步降低時(shí)，則發(fā)出指令，關(guān)閉設(shè)置的四4個(gè)電磁閥，斷開壓縮機(jī)控制電路，阻止壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以預(yù)防制冷劑進(jìn)一步泄漏。當(dāng)維修工作人員發(fā)現(xiàn)泄漏處，處理后，重新加注制冷劑后，監(jiān)控系統(tǒng)又重新開始計(jì)時(shí)工作。

4.設(shè)計(jì)控制分析

利用信號(hào)處理電路對(duì)輸入信息進(jìn)行分析處理，利用單片機(jī)或集成電路模塊控制輸出信號(hào)。而對(duì)制冷系統(tǒng)壓力的監(jiān)測(cè)可借鑒于輪胎胎壓監(jiān)測(cè)技術(shù)原理設(shè)計(jì)。防泄漏控制分析：制冷系統(tǒng)抽真空加注制冷劑到標(biāo)準(zhǔn)量值，正常運(yùn)行時(shí)，按系統(tǒng)啟動(dòng)鍵開始。根據(jù)壓力傳感器輸入信號(hào)，記錄制冷系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)的高低壓壓力值和空調(diào)停止運(yùn)行達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的平衡靜態(tài)壓力。同時(shí)，記時(shí)器開始記時(shí)，每隔一定時(shí)間（幾小時(shí)或一天等）讀取相應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行參數(shù)比較，判斷實(shí)時(shí)壓力是否小于初始?jí)毫?，如無壓力差，則顯示系統(tǒng)正常無泄漏；再與規(guī)定值比較，如未達(dá)規(guī)定值時(shí)則顯示正常無泄漏，如實(shí)時(shí)壓力值較低，且與初始數(shù)值的壓力差低于規(guī)定值時(shí)，則顯示系統(tǒng)有較嚴(yán)重的泄漏，提示檢漏，回收，同時(shí)觸發(fā)電磁閥，關(guān)閉管路通道，防止進(jìn)一步泄漏；并停止壓縮機(jī)工作。待系統(tǒng)檢漏，加注完成后，控制系統(tǒng)又進(jìn)行復(fù)位，重新記時(shí)。

結(jié)語

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，在一定的制冷劑量時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同會(huì)對(duì)應(yīng)一定的高低壓壓力；在空調(diào)壓縮機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，制冷劑在制冷系統(tǒng)高低壓兩端會(huì)趨于一個(gè)靜態(tài)平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，此時(shí)的高壓和低壓力基本相等。此時(shí)的靜態(tài)壓力會(huì)因制冷劑的量不同而表現(xiàn)出不同的靜態(tài)壓力，利用差值法等方法將現(xiàn)有的靜態(tài)壓力與制冷劑量的關(guān)系，找出正常范圍內(nèi)任意一靜態(tài)壓力下的制冷劑量的數(shù)值。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)的溫度、靜態(tài)壓力等信號(hào)，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行修正，并進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)靜態(tài)壓力明顯降低，并能判定系統(tǒng)存在不正常的泄漏時(shí)，將發(fā)出警報(bào)信息，并啟動(dòng)電磁閥工作，防止制冷系統(tǒng)制冷劑進(jìn)一步泄漏，提醒工作人員進(jìn)行制冷劑的回收，制冷系統(tǒng)維修檢漏等維護(hù)保養(yǎng)工作。確保防止制冷系統(tǒng)零部件的進(jìn)一步損壞，防止制冷劑的進(jìn)一步泄漏而破壞大氣環(huán)境，同時(shí)也節(jié)約和有效使用資源。

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