汽車空調(diào)壓縮機離合器燒蝕問題的故障排查

摘要：電磁離合器是汽車空調(diào)壓縮機的關(guān)鍵部件，壓縮機電磁離合器燒蝕的故障率較高。本文針對某車型開發(fā)過程中出現(xiàn)的壓縮機離合器頻繁吸合斷開導致燒蝕問題，進行了故障件拆解、原因分析、解決方案制定及效果驗證等過程的總結(jié)，分享了一種壓縮機離合器燒蝕問題排查的思路及方法。

關(guān)鍵詞：汽車;壓縮機;電磁離合器;燒蝕

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

0引言

空調(diào)系統(tǒng)的核心部件有：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥等，通過管路連接組成制冷循環(huán)回路。制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)，通過氣液相態(tài)變化、能量吸收和釋放，實現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，達到制冷目的。

壓縮機作為空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟，擔當制冷系統(tǒng)冷媒壓縮和驅(qū)動運輸?shù)闹厝?，壓縮機不工作就無法實現(xiàn)制冷。壓縮機實現(xiàn)低溫低壓制冷劑向高溫高壓制冷劑的轉(zhuǎn)換，工作環(huán)境相對惡劣，是汽車空調(diào)系統(tǒng)中最大的運動部件，其可靠運行保證了汽車空調(diào)制冷功能得以實現(xiàn)。

傳統(tǒng)車空調(diào)壓縮機由發(fā)動機曲軸通過輪系驅(qū)動，動力傳遞的核心部件為電磁離合器。離合器吸合，將發(fā)動機皮帶輪的扭矩傳遞給壓縮機，實現(xiàn)空調(diào)制冷。電磁離合器一旦燒毀，將導致壓縮機不能工作。根據(jù)目前汽車空調(diào)使用情況來看，壓縮機電磁離合器燒損的故障率較高，在壓縮機故障中占有較大的比例。

當要求壓縮機運轉(zhuǎn)時，離合器的電磁線圈通電，電磁力使離合器輪轂與壓縮機軸結(jié)合;當電磁線圈的電流通路斷開時，離合器與壓縮機分離。目前市場上主流的電磁離合器有2種：彈簧鋼片式及橡膠吸盤式。相比彈簧鋼片式離合器，橡膠吸盤式離合器的吸合噪聲可降低10dB左右，在市場上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

壓縮機離合器工作電氣原理由空調(diào)面板A/C開關(guān)、三態(tài)壓力開關(guān)、ECU、空調(diào)繼電器和壓縮機離合器幾部分組成。按下空調(diào)控制面板A/C開關(guān)，經(jīng)三態(tài)壓力開關(guān)向ECU發(fā)出請求信號，ECU根據(jù)整車狀態(tài)進行判斷分析，當滿足設(shè)定條件則輸出低電平，空調(diào)繼電器控制回路接通，離合器動作吸合（圖1）。

為了防止異常工況對壓縮機的損傷，空調(diào)系統(tǒng)普遍通過壓力開關(guān)或壓力傳感器進行壓力保護。當系統(tǒng)壓力值超過高壓上限（一般為3.14 MPa）或低于低壓下限（一般為0.20 MPa）時，電磁離合器會切斷，壓縮機停止工作。為了防止壓縮機電磁離合器頻繁吸斷，在高低壓保護值附近會設(shè)置緩沖區(qū)間，以高壓保護點為例，當壓力升高至3.14 MPa時，電磁離合器切斷;當壓力降低至2.55 MPa時，電磁離合器吸合，中間的緩沖區(qū)為0.59 MPa。

本文針對某車型開發(fā)過程中出現(xiàn)的壓縮機離合器頻繁吸合斷開導致燒蝕問題，進行了故障件拆解、原因分析、解決方案制定及效果驗證等過程的總結(jié)。

1故障件拆解

本文針對某車型開發(fā)過程中，3臺離合器燒蝕故障件進行了檢測及拆解。結(jié)果表明：主機空轉(zhuǎn)正常，吸排氣壓力正常;線圈通電正常，吸盤不吸合;氣密性檢測無泄漏;外觀檢測離合器表面高溫燒蝕;吸盤與皮帶輪接觸面有明顯打滑痕跡，皮帶輪軸承損壞，線圈表面環(huán)氧樹脂燒毀（圖2）。

2原因分析

通過故障件拆解分析及功能測試，判斷離合器燒蝕為打滑燒蝕。在40℃、1000W光照的環(huán)境艙中進行怠速開空調(diào)試驗，全程監(jiān)測系統(tǒng)壓力變化。模擬25 min左右，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)高壓達到保護點，并在3.10 MPa左右頻繁跳動，同時聽到壓縮機打滑的聲音。打開發(fā)動機艙蓋檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機頻繁吸合，頻率接近1次/s，壓縮機離合器吸盤接近打滑狀態(tài)，聞到較濃烈的橡膠燒焦味。

通過上述環(huán)境模擬問題復現(xiàn)試驗，可以發(fā)現(xiàn)2個問題。

（1）系統(tǒng)壓力異常。在40℃、1000 W光照的環(huán)境條件下，怠速空調(diào)系統(tǒng)高壓一般不會超過2.50 MPa。本試驗中，系統(tǒng)高壓達到保護值，不正常。

（2）壓力開關(guān)高壓保護異常。正常的高壓保護是有緩沖區(qū)間的，一般為0.59 MPa，緩沖區(qū)間設(shè)定的意義在于避免壓縮機頻繁吸合斷開。本試驗中壓力表顯示，在高壓保護點附近，緩沖區(qū)間僅為0.10 MPa，導致壓縮機以近乎打滑的狀態(tài)頻繁吸合斷開，離合器吸盤溫度過高，發(fā)出焦糊味，如繼續(xù)進行試驗，將導致其燒蝕。

系統(tǒng)出現(xiàn)高壓，其原因排查如下。

（1）一輪路試車未裝配導風板和前端框架上蓋板，影響前端散熱，導致空調(diào)壓力偏高。

（2）發(fā)動機管理系統(tǒng)EMS未體現(xiàn)空調(diào)中壓啟動風扇高速轉(zhuǎn)的策略，使散熱器風扇一直處于低速狀態(tài)，影響前端散熱，導致空調(diào)壓力偏高。

壓力開關(guān)頻繁通斷原因排查：

（1）隨機抽取10只壓力開關(guān)，在2.40～3.50 MPa下往復測試5min（表1）。

（2）測量高壓緩沖區(qū)間：0.50～0.65 MPa。

（3）在2.40～3.50 MPa下往復5 min。

（4）再次測量高壓緩沖區(qū)間：0.40-0.45 MPa，與承壓前相比，緩沖區(qū)間最多衰減0.20 MPa。

（5）對標KD件，高壓緩沖區(qū)間最多衰減0.10 MPa。

經(jīng)分析，在持續(xù)高壓下，內(nèi)部高壓膜片變形，高壓緩沖區(qū)間衰減，最高可達0.20 MPa，緩沖區(qū)間設(shè)定范圍為0.39～0.79 MPa，衰減后為0.19～0.59 MPa，緩沖區(qū)間過窄，導致其頻繁通斷。高壓膜片在高壓作用下，有發(fā)生變形的特征，變形量大小與膜片材料及加工精度決定。目前國產(chǎn)的膜片材料加工精度較進口的KD件差（國內(nèi)公差為0.05，進口KD件為0.02）。

3解決措施

（1）裝配導風板和前端框架上蓋板，提升前端進風量，改善散熱效果。

（2）EMS程序更新，體現(xiàn)空調(diào)中壓啟動風扇高速轉(zhuǎn)的策略。

（3）高壓緩沖區(qū)間由0.57～0.61 MPa，變?yōu)?.60～0.75 MPa。

①對應(yīng)膜片成型高度控制范圍由（0.85±0.05）mm變?yōu)椋?.87±0.03）mm。

②膜片來件進行尺寸篩選，并分為2擋：0.84～0.87 mm;0.87～0.90 mm。

③每批次來件之前，進行膜片選配試驗（如2個薄片+1個厚片），測試動作值是否滿足要求。

④生產(chǎn)過程中，在壓力開關(guān)殼體鉚接前，進行壓力測試，若不合格，重新選配膜片。

⑤生產(chǎn)后，進行壓力開關(guān)動作值100%檢驗，高壓緩沖區(qū)間不滿足0.60～0.75 MPa的樣件報廢處理。

4措施驗證

以上措施體現(xiàn)后，在后續(xù)多輪路試及環(huán)境艙驗證，均未出現(xiàn)類似失效，措施有效。