汽車空調膨脹閥常見故障分析與排除

朱亮亮 丁亞東 段少勇

（楊凌職業(yè)技術學院 楊凌 712100）

汽車空調膨脹閥常見故障分析與排除

朱亮亮 丁亞東 段少勇

（楊凌職業(yè)技術學院 楊凌 712100）

熱力膨脹閥是汽車空調制冷系統(tǒng)四大組成部件之一，其故障分析及排除，一直是汽車故障維修中的重點和難點。通過節(jié)流原理和膨脹閥工作原理的介紹，利用歧管壓力計的壓力檢測功能，結合看、聽、摸等直觀探測方式，進行故障原因分析，提出故障排除措施；并對膨脹閥的正確安裝及調整進行了定性分析。以此保證膨脹閥的正確使用，實現(xiàn)制冷系統(tǒng)高效、安全的運行。

汽車空調；膨脹閥；檢測；分析；故障排除

0 引言

熱力膨脹閥（簡稱膨脹閥）是節(jié)流裝置的一種形式，其廣泛應用于空調制冷和低溫冷凍系統(tǒng)中[1]。膨脹閥是汽車空調制冷系統(tǒng)四大組成部件之一，雖然膨脹閥體積較小，但在制冷系統(tǒng)中的作用無可比擬，因此被視為汽車空調的關鍵部件[2]。

膨脹閥通過感溫元件感知蒸發(fā)器出口處溫度的變化（過熱度信號），以此來自動控制閥的開度，按比例調節(jié)進入蒸發(fā)器液態(tài)制冷劑的流量[3]，如果感溫元件接受的過熱度信號不穩(wěn)定，將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4]。在汽車空調中，熱力膨脹閥能否正常工作，直接影響整個制冷系統(tǒng)的制冷效果和運行性能，同時，壓縮機的動力來源于發(fā)動機，制冷系統(tǒng)的性能直接關系到燃油的消耗量，從而進一步影響整車的運行成本[5]。

因此，在汽車空調制冷系統(tǒng)中，膨脹閥的合理正確使用，定期按時維護、故障及時排除，對延長空調系統(tǒng)的使用壽命，保證制冷系統(tǒng)的正常工作，提高車輛運行的經濟性，降低運營成本，節(jié)約能源，降低尾氣排放等都具有重要的意義[6]。

1 節(jié)流的原理及節(jié)流裝置作用

1.1 節(jié)流的原理[7,8]

當流體流過閥門或者孔口時，該處的通道截面突然縮小，流體此時出現(xiàn)降溫降壓的現(xiàn)象，我們把這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。在這個過程中，流體通過孔口前，由于截面的突然變小，孔口附近的流體壓力減小，速度增大；流體通過孔口時，壓力減到最小值，速度增加到最大值；流體通過孔口后，由于截面的增大，壓力有所提高，速度逐漸降低，最終達到一種新的動態(tài)平衡狀態(tài)?？傊?，節(jié)流后流體的壓力和溫度都發(fā)生了顯著的降低。在汽車空調制冷系統(tǒng)中，制冷劑通過膨脹閥后，壓力下降到飽和壓力以下，一部分液體發(fā)生汽化反應，轉化為飽和蒸氣，而這部分蒸發(fā)潛熱是制冷劑本身提供的，所以制冷劑溫度下降也較大，飽和的制冷劑蒸氣（霧化細小液滴），最終為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化（蒸發(fā)）提供了充足準備。

1.2 節(jié)流裝置的作用[7-9]

汽車空調制冷系統(tǒng)中，壓縮機提供大量制冷劑，使其在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸熱。如果流量過小，制冷量不足，車內溫度升高；流量過大，空氣中的水分冷凝在蒸發(fā)器上，出現(xiàn)“結霜”甚至是“結冰”現(xiàn)象，影響蒸發(fā)器的熱交換，亦會造成制冷不佳；同時，管道內的液態(tài)制冷劑得不到及時的蒸發(fā)汽化，會被吸入壓縮機，造成“液擊”現(xiàn)象而損壞壓縮機。因此節(jié)流裝置必須具備三個作用：

（1）節(jié)流降壓。通過節(jié)流降壓作用，使來自冷凝器的高溫、高壓液態(tài)制冷劑轉變?yōu)榈蜏?、低壓的霧狀液體顆粒，有利于進入蒸發(fā)器后，發(fā)生蒸發(fā)汽化。

（2）調節(jié)流量。根據發(fā)動機轉速及制冷負荷的變化，對制冷劑流量實時調整，保證制冷系統(tǒng)的制冷量，保持車廂內的適宜溫度。

（3）控制流量、防止液擊和異常過熱發(fā)生。通過安裝在蒸發(fā)器上的感溫元件，控制制冷劑流量的大小，保證制冷劑汽化充分，避免產生“液擊”現(xiàn)象，同時將過熱度控制在一定范圍，防止異常過熱現(xiàn)象發(fā)生。

2 節(jié)流裝置的分類及工作原理

汽車空調用節(jié)流裝置分類及特點見表1。

表1 節(jié)流裝置分類及特點Table1 Classification and characteristics of throttle device

熱力膨脹閥和節(jié)流孔管目前在汽車空調制冷系統(tǒng)中應用極為廣泛，本文將就它們的工作原理、常見故障分析及排除、安裝及調整方法做詳細的說明。

2.1 外平衡式膨脹閥工作原理[8-11]

圖1 外平衡式膨脹閥工作原理圖Fig.1 Working principle diagram of external balanced expansion valve

2.2 內平衡式膨脹閥工作原理[8-11]

圖2 內平衡式膨脹閥工作原理圖Fig.2 Working principle diagram of internal balanced expansion valve

如圖2所示，膜片承受三個力：向上的彈簧對閥芯的彈力sP，向上的節(jié)流后制冷劑壓力eP，向下的感溫包內制冷劑輸入的壓力fP。

當蒸發(fā)器溫度升高時，感溫包內制冷劑飽和蒸氣產生的壓力大于節(jié)流后的制冷劑壓力和彈簧力之和，即fP＞eP＋sP，迫使膜片下移，節(jié)流孔開度增大，制冷劑流量增大，蒸發(fā)器制冷量增大，實現(xiàn)迅速降溫，隨著彈簧壓力的變大，膜片達到一個新的平衡狀態(tài)。

當蒸發(fā)器溫度下降時，感溫包內制冷劑飽和蒸氣產生的壓力減小，即fP＜eP＋sP，膜片上移，節(jié)流孔開度減小，制冷劑流量減少，蒸發(fā)器的溫度升高，膜片所受到的力又達到新的平衡。

2.3 H型膨脹閥工作原理[8,9]

如圖3所示，H形膨脹閥內部通道呈現(xiàn)“H”字母型，按照制冷劑流動方向，四個接口分別連接儲液干燥器出口、蒸發(fā)器入口、蒸發(fā)器出口、壓縮機入口。在蒸發(fā)器出口和壓縮機入口之間安裝有感溫器4，在儲液干燥器出口、蒸發(fā)器入口之間安裝球閥1，球閥通過控制桿與感溫器相連，球閥下面安裝彈簧3，調整螺釘2調節(jié)蒸發(fā)器的過熱度。感溫器內裝有密封的制冷劑，通過感溫器的熱脹冷縮可以控制球閥節(jié)流孔開度，起到調節(jié)流量的作用。

圖3 H型膨脹閥工作原理圖Fig.3 Working principle diagram of H type expansion valve

H型膨脹閥直接安裝在蒸發(fā)器上，其膜片承受的是蒸發(fā)器出口處壓力，雖然沒有細長的毛細管，卻同樣具有節(jié)流控制作用，這與外平衡式膨脹閥是相似的。因此這種整體式膨脹閥具有結構簡單、可靠性高、維修調試方便等優(yōu)點，在汽車空調制冷系統(tǒng)中得到廣泛的應用。

2.4 節(jié)流孔管工作原理[8,9]

節(jié)流孔管是孔口截面一定的節(jié)流裝置，它由一根細長的銅管套裝在塑料套管中構成。節(jié)流孔管安裝在蒸發(fā)器進口管中，其塑料管外緣環(huán)槽內裝有密封圈，起到密封作用，防止制冷劑的泄露。節(jié)流孔管沒有活動部件，結構簡單、可靠性高、能耗低，成本低；但不能調節(jié)制冷劑流量，主要靠控制壓縮機的間歇工作來控制流量，達到控制溫度的作用。同時在蒸發(fā)器和壓縮機管路之間，安裝有將氣、液分離的氣液分離器，以防止液態(tài)制冷劑進入壓縮機發(fā)生“液擊”現(xiàn)象。

3 膨脹閥常見故障分析與排除

3.1 堵塞故障分析與排除[11-13]

熱力膨脹閥堵塞故障主要有冰堵和臟堵兩種，判斷是否堵塞可以進行打開、關閉測試。打開測試：雙手緊握感溫包使之變暖，然后對準進口吹氣，探測出口處是否有風吹出，如果有說明膨脹閥完好，否則說明有堵塞故障；關閉測試：把感溫包放置在冰和水混合的容器內，對準進口吹氣，探測出口處是否有風吹出，如果有說明膨脹閥故障，需要檢修。

3.1.1 臟堵

（1）故障現(xiàn)象：出風口處制冷效果不佳，高低壓表顯示：低壓表接近真空，高壓表太低。全堵塞時，膨脹閥進出口溫度無明顯差異，輕微堵塞時，儲液干燥器或膨脹閥前后管路會出現(xiàn)結霜現(xiàn)象。

（2）故障分析：制冷系統(tǒng)中混入鐵屑、焊渣、纖維等雜質，密封圈等橡膠制品，由于老化、制冷劑腐蝕產生的雜質都會造成管道堵塞。儲液干燥器內的過濾網能夠攔截這些雜質，此處容易出現(xiàn)臟堵，臟堵將導致過熱度和回氣溫度升高，臟堵嚴重時影響系統(tǒng)的正常運轉。

（3）故障排除：臟堵不嚴重時，可以更換過濾網、干燥劑或者直接更換儲液干燥器；臟堵嚴重時，將系統(tǒng)的制冷劑回收或放出，用氮氣清洗管道，再添加新的制冷劑；膨脹閥清洗后閥孔不通，可能是感溫劑泄漏引起的堵塞，應更換膨脹閥。

3.1.2 冰堵

（1）故障現(xiàn)象：低壓側壓力時而真空時而正常，高壓側壓力降至0.7MPa，一會又正常，間歇制冷。

（2）故障分析：系統(tǒng)組裝后，抽真空時間過短，沒有滿足20～25分鐘的要求，使管路有一定量的潮氣殘留；焊縫處存在質量問題，有泄漏點；制冷劑充注時和冷凍機油補充時，沒有將中間軟管的空氣排出；這些因素導致系統(tǒng)內潮氣的存在，造成冰堵現(xiàn)象。膨脹閥節(jié)流口處孔徑最小、溫度最低，最易冰堵。水分在膨脹閥管口處結冰，制冷劑的循環(huán)停止，制冷停止；溫度上升后，冰融化，冰堵消失，系統(tǒng)恢復制冷，下一輪冰堵將再次出現(xiàn)。

（3）故障排除：冰堵不嚴重時，在冰堵處敷上熱毛巾加速冰的融化；冰堵較為嚴重時，必須回收或放出制冷劑，更換干燥劑或直接更換儲液干燥器，抽真空后充注新的制冷劑。

3.2 感溫包故障分析與排除[12,13]

（1）故障現(xiàn)象：制冷系統(tǒng)出現(xiàn)過熱度不正確，膨脹閥關不小、膨脹閥供液不穩(wěn)定。

（2）故障分析：感溫包毛細管破裂，使感溫包內的制冷劑泄漏，導致膨脹閥的執(zhí)行機構接收到錯誤信號，使制冷出現(xiàn)問題；感溫包包扎位置不正確。

（3）故障排除：更換新的膨脹閥；感溫包應安裝在蒸發(fā)器出口水平段的回氣管上，靠近蒸發(fā)器，遠離壓縮機吸氣口，而且不能垂直安裝。

3.3 膨脹閥調整不當的故障分析與排除[11-13]

3.3.1 膨脹閥開度過小或失靈

（1）故障現(xiàn)象：制冷效果不佳，手摸低壓側的管路發(fā)現(xiàn)不涼。

（2）故障分析：使用歧管壓力計（高低壓表組）檢測低壓側壓力，顯示數值過低甚至是真空，判斷膨脹閥開度過小或失靈，制冷劑流量過小，引起制冷不足。

（3）故障排除：可以逆時針轉動膨脹閥上的彈簧調壓螺釘1～2圈，探測空調出風口溫度是否變冷，并觀察低壓側壓力是否回升，如果是說明原開度過小，調大開度，增大制冷劑流量即可；如果逆時針調整無效，則判斷膨脹閥失靈，檢修或更換新的膨脹閥，并重新加注制冷劑。

3.3.2 膨脹閥開度過大

（1）故障現(xiàn)象：出風口溫度偏高，制冷不足；歧管壓力計檢測到高壓側壓力過高；低壓管路上結霜或有小水珠出現(xiàn)。

（2）故障分析：如果檢測到低壓壓力也過高，判斷膨脹閥開度過大，使大量制冷劑堆積在冷凝器內，造成冷凝器有效散熱面積減少，系統(tǒng)壓力升高，制冷效果下降，并且大量制冷劑進入蒸發(fā)器造成管道結霜。

（3）故障排除：順時針轉動彈簧調壓螺釘1～2圈，如果出風口逐漸變冷，則判斷膨脹閥開度過大；調整無效時，應檢查感溫包與蒸發(fā)器的安裝位置及包扎情況，保證固定及密封良好。

4 膨脹閥正確安裝及調整

4.1 膨脹閥正確安裝[8,10]

熱力膨脹閥的正確安裝與否，將直接影響汽車空調的制冷效果。安裝時應注意：

（1）檢查膨脹閥各部件使用完好，重點檢查感溫包部分；

（2）膨脹閥應安裝在靠近蒸發(fā)器的地方，閥體應垂直安裝，不能傾斜或顛倒安裝；

（3）感溫機構內的液體始終保持在感溫包內，因此感溫包應比閥體裝得低一些；

（4）感溫包盡可能安裝在蒸發(fā)器的出口水平回氣管上，一般應遠離壓縮機吸氣口1.5m以上；

（5）無論在何種情況下，感溫包均不能設在回氣管中有可能積液或積油的地方，以避免傳感誤差；

（6）感溫包緊貼管壁包扎緊密，接觸處應將氧化皮清除干凈，露出金屬本色，避免由于接觸不良而降低傳感的靈敏度；

（7）如果蒸發(fā)器配有氣液分離器的，將分離器直接裝在膨脹閥的出口端，這樣使用效果較好；

（8）感溫包包扎固定后，可用軟質塑料再纏繞包扎，使之免受外界氣溫的影響。

4.2 膨脹閥調整[12,13]

膨脹閥調整之前，首先要確認制冷不足是由于膨脹閥偏離最佳工作點導致的。此外，還需注意：

（1）壓縮機平穩(wěn)運行15分鐘以后，制冷裝置無異常，才能開始調整工作；

（2）由于蒸發(fā)器表面溫度無法用測溫計直接測量，可以利用壓縮機的吸氣壓力作為蒸發(fā)器內的飽和壓力，查表得到近似蒸發(fā)溫度；

（3）用測溫計測出蒸發(fā)器回氣管的溫度，與蒸發(fā)溫度對比來校核過熱度，若過熱度處于5℃～8℃之間時則不必進行調整；

（4）調整中，檢測到過熱度太小即供液量太大，則可把調節(jié)螺桿按順時針方向轉動，即增大彈簧力，減小熱力膨脹閥開啟度，使流量減??；反之，若過熱度太大即供液量太小，則可把調節(jié)螺桿逆時針轉動，使流量增大；

（5）由于膨脹閥感溫系統(tǒng)存在信號傳遞滯后的熱惰性，必須等運行基本穩(wěn)定后才能進行下一次調整。因此調整時務必耐心細致，轉動螺桿時不能過多過快。

5 結束語

熱力膨脹閥的好壞直接影響制冷系統(tǒng)的運行性能，壓力檢測和直觀探測方式的結合，能夠及時排除膨脹閥的故障；熱力膨脹閥的正確安裝和調整也是汽車專業(yè)維修人員必須具備的一項技能。熱力膨脹閥只有通過正確的定期維護和日常保養(yǎng)，才能保證空調系統(tǒng)的運行壽命和制冷效果，降低運行成本，為司乘人員提供舒適的駕乘環(huán)境。

[1] 商萍君,易佳婷.電子膨脹閥的優(yōu)勢和發(fā)展趨勢[J].制冷與空調,2007,(2):72-76.

[2] 丁浩,谷小紅,來雨霏.汽車空調用熱力膨脹閥性能測試系統(tǒng)的研制[J].機電工程,2015,32(6):817-820.

[3] 張秀平,王宏源,田旭東,等.制冷用熱力膨脹閥名義制冷量的試驗方法[J].暖通空調,2011,41(12):105-110.

[4] 徐博,江挺候,陳江平,等.熱力膨脹閥感溫元件特性實驗研究[J].制冷學報,2011,32(2):30-34.

[5] 謝斌,蔣慶,湯建斌,等.基于二分尋值法的熱力膨脹閥自動調定系統(tǒng)的研制[J].制造業(yè)自動化,2015,37(8): 25-28.

[6] 黃新明,劉義軍.熱力膨脹閥的正確使用與故障分析[J].廣西輕工業(yè),2010,(7):35-36.

[7] 凌文靜,李春輝,鄭彩華.一種與熱力膨脹閥配合使用的節(jié)流機構[J].廣西化工,2013,40(5):111-112.

[8] 楊貴田,張華.汽車空調[M].大連:大連理工大學出版社,2010.

[9] 柳清.現(xiàn)代汽車節(jié)流裝置的技術分析[J].黑龍江科技信息,2013,(10):7.

[10] 劉義軍.熱力膨脹閥的合理選配安裝與調試[J].裝備制造技術,2011,(8):156-159.

[11] 李紅,徐魯昆.汽車空調膨脹閥常見故障分析與排除[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013,(10):42-43.

[12] 張高智.淺談汽車空調膨脹閥的故障檢測與維修[J].科技風,2010,(16):267.

[13] 盛林源.空調系統(tǒng)膨脹閥的常見故障排除[J].中國新技術新產品,2012,(1):134.

Common Fault Analysis and Troubleshooting of Automotive Air Conditioning Expansion Valve

Zhu Liangliang Ding Yadong Duan Shaoyong
( Yangling Vocational and Technical College, Yangling, 712100 )

The thermal expansion valve is one of the four main parts of the automotive air conditioning refrigeration system, and its failure analysis and troubleshooting, has been the key and difficult point in the automobile repair. Through the introduction of the throttling principle and the working principle of the expansion valve, combining with the visual detection method, such as reading, listening and touching, the pressure detection function of the manifold pressure gauge is used to analyze the causes of failure, and to propose the method of troubleshooting; and the correct installation and adjustment of the expansion valve is analyzed qualitatively. In order to ensure the correct use of the expansion valve, achieve efficient and safe operation of the refrigeration system.

Automotive air conditioning; Expansion valve; Detection; Analysis; Troubleshooting

U463.85+1

A

1671-6612（2017）01-081-05

作者（通訊作者）簡介：朱亮亮（1982.1-），男，工學碩士，講師，E-mail：zll20013406@126.com

2015-11-12