空調(diào)電動水閥可靠性改進(jìn)及提升*

徐 龍，袁 麗，張浩繁，樊龍飛，武 邁

(陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200)

0 引 言

近年來，隨著國內(nèi)公路運(yùn)輸如快遞運(yùn)輸、綠通運(yùn)輸、煤炭運(yùn)輸、?；愤\(yùn)輸、城建渣土等的快速發(fā)展，商用車的市場需求呈爆發(fā)增長的狀態(tài)。在2019年和2020年兩年，中國地區(qū)的商用車銷量從432.5萬輛增長到513.3萬輛，銷量同比增幅18.7%，這一結(jié)果表明國內(nèi)商用車的使用量需求很大且呈快速增長趨勢。商用車的大量使用在加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也給運(yùn)輸行業(yè)帶來了翻天覆地的變化。商用車在近距離和遠(yuǎn)距離的公路運(yùn)輸上具有價(jià)格低廉、高效率、不受運(yùn)輸?shù)赜蛴绊懙确矫娴膬?yōu)勢，這些優(yōu)勢也是商用車發(fā)展快速的重要原因。商用車的快速發(fā)展帶來了技術(shù)的革新、駕駛安全性能保證和舒適性能的提升。國產(chǎn)商用車發(fā)展在技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到了可以與國外產(chǎn)品相媲美的局面，同時(shí)相比進(jìn)口商用車(例如奔馳商用車、沃爾沃商用車等)國產(chǎn)商用車具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢，國內(nèi)很多客戶群體在買車的時(shí)候都會選擇國產(chǎn)商用車，促就了國產(chǎn)商用車一片繁榮的景象。當(dāng)達(dá)到技術(shù)壁壘時(shí)，為了搶占更多的國內(nèi)市場，國產(chǎn)商用車的各大主機(jī)廠開始向多方面發(fā)展方向推進(jìn)，全力提升車輛駕駛安全性能和駕駛舒適性能，已成為主流趨勢，這就出現(xiàn)了具有家一樣溫馨的商用車的誕生；此外客戶對車輛感官體驗(yàn)的要求越來越高。這些感官體驗(yàn)就包含車輛動力、舒適性和操作性等。車輛空調(diào)系統(tǒng)是車輛重要功能之一，是車輛在運(yùn)行過程中駕駛員的舒適感的重要保障。

商用車和乘用車的空調(diào)系統(tǒng)主要是由制冷系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化裝置及控制系統(tǒng)組成，其中汽車暖風(fēng)系統(tǒng)工作原理是將冷空氣吹到熱交換器表面，冷空氣進(jìn)行熱交換后重新導(dǎo)入到駕駛室內(nèi)，從而達(dá)到提高駕駛室內(nèi)溫度的目的。此外暖風(fēng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供暖、除霜、調(diào)節(jié)溫度與濕度等功能，是現(xiàn)代商用車配置中不可或缺的重要組成部分。

這三個(gè)系統(tǒng)對冬季車輛運(yùn)行過程中駕駛室內(nèi)保溫，夏季車輛運(yùn)行過程中駕駛室內(nèi)降溫以及保持駕駛室內(nèi)空氣清新有著重要的作用。但是，近兩年來，商用車冬季運(yùn)行時(shí)暖風(fēng)效率低和暖風(fēng)上風(fēng)來時(shí)間長等問題頻繁出現(xiàn)。

筆者空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的工作以原理及失效問題為研究方向[1-4]，對整車的空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析和改進(jìn)，解決現(xiàn)存問題，提升車輛制造質(zhì)量及運(yùn)行的可靠性。

1 問題概述

在2019年～2020年期間，某汽車主機(jī)廠售后反饋空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)存在暖風(fēng)效率低、暖風(fēng)上風(fēng)時(shí)間長等問題。深入分析發(fā)現(xiàn)空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的失效和某型號電動水閥存在一定的關(guān)聯(lián)，此外該型號的電動水閥故障件數(shù)量和售后索賠一直處于居高不下的狀態(tài)，給企業(yè)帶來了嚴(yán)重的損失。在2021年該型號的電動水閥的故障件數(shù)量仍呈上升的趨勢，因此空調(diào)暖風(fēng)失效帶來的嚴(yán)重問題需要盡快解決。為深入探究汽車空調(diào)暖風(fēng)的失效和電動水閥之間的關(guān)系，該商用車主機(jī)廠對返回的電動水閥舊件進(jìn)行試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果顯示80%的故障零件的故障未再現(xiàn)，這一結(jié)果表明空調(diào)暖風(fēng)失效可能存在別的原因。為更深層地分析并解決空調(diào)暖風(fēng)失效的問題，文中將從電動水閥失效件的失效模式出發(fā)，結(jié)合電動水閥的實(shí)際裝車狀態(tài)和空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的工作原理[2-5]，對整車的空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析和改進(jìn)，結(jié)果表明改進(jìn)效果明顯。這不但降低了企業(yè)的售后損失，而且也提升了車輛在售后市場的口碑。

2 問題分析與解決措施

2.1 問題分析

汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)一般分為兩種，一種是空氣混合型，這類暖風(fēng)系統(tǒng)是在氣道中安裝混合調(diào)節(jié)風(fēng)門，風(fēng)門可以控制通過加熱器芯的空氣和不通過加熱器芯空氣比例來實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)；另一種是水流調(diào)節(jié)型，這類暖風(fēng)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)經(jīng)加熱器芯的熱水量改變加熱芯本身溫度，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的，文中改進(jìn)的暖風(fēng)系統(tǒng)中電動水閥的溫度調(diào)節(jié)屬于水流調(diào)節(jié)型。水流調(diào)節(jié)型的暖風(fēng)系統(tǒng)大多數(shù)被用于商用車，商用車水流型調(diào)節(jié)的暖風(fēng)系統(tǒng)的具體工作原理是利用發(fā)動機(jī)處散發(fā)的熱量進(jìn)行暖風(fēng)循環(huán)，首先冷卻液與發(fā)動機(jī)進(jìn)行熱交換，然后將熱交換后的冷卻液輸送至暖風(fēng)系統(tǒng)中的熱交換器(一般稱為暖風(fēng)小水箱)，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)會將送來的空氣送到暖風(fēng)小水箱再次進(jìn)行熱交換，最后加熱的空氣通過鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口送入車內(nèi)來實(shí)現(xiàn)駕駛室內(nèi)的暖風(fēng)調(diào)節(jié)。在這一熱交換過程中電動水閥的主要作用是接受到溫度傳感器的信號后打開電動水閥實(shí)現(xiàn)冷卻液在暖風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)。

對售后舊件進(jìn)行系統(tǒng)地分析后發(fā)現(xiàn)，電動水閥主要的故障模式是漏液和電動水閥不工作，主要失效原因是以下4點(diǎn)：①進(jìn)水管和出水管與電動水閥連接處膠管的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時(shí)不同形變量導(dǎo)致產(chǎn)生配合間隙從而引起漏液問題；②電動水閥支撐座尺寸偏小導(dǎo)致密封不良引起漏液問題；③電動水閥進(jìn)水管和出水管的管壁太薄，在受較大應(yīng)力后會使管口破損從而引起漏液問題；④對售后舊件進(jìn)行故障再現(xiàn)測試，測試結(jié)果顯示80%售后舊件在復(fù)檢過程中故障不再現(xiàn)。

2.2 解決措施

失效點(diǎn)1：如圖1所示，暖風(fēng)膠管和電動水閥進(jìn)水口和出水口材質(zhì)存在差異，熱膨脹系數(shù)存在差異，在長期溫度變化下膠管和電動水閥進(jìn)水口、出水口反復(fù)不同步膨脹和收縮，因配合間隙差異導(dǎo)致滲漏防凍液現(xiàn)象；此外反復(fù)也熱脹冷縮現(xiàn)象也會導(dǎo)致一般卡箍的緊固力的衰減從而出現(xiàn)滲漏防凍液現(xiàn)象，這種情況下需要人工的二次緊固，操作比較麻煩且可靠性低。

圖1 連接處泄漏失效圖

改進(jìn)措施：將連接處的一般卡箍改為板式卡箍，板式卡箍可以有效填補(bǔ)因膠管與進(jìn)水口和出水口膨脹收縮引起的配合間隙差異所帶來的漏液問題，是有效防止膠管形變漏液的措施之一。該方法簡單且可靠性高。

失效點(diǎn)2：如圖2所示，分別在0.2 MPa、0.4 MPa氣壓下通氣檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閥體的動密封環(huán)支撐座芯處會出現(xiàn)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。通過解剖閥體零部件發(fā)現(xiàn)無破損、開裂等不良問題，深入分析發(fā)現(xiàn)動密封環(huán)支撐軸在注塑完成后，在恢復(fù)常溫過程中會產(chǎn)生橢圓、不規(guī)則收縮等缺陷，從而引起泄露問題。為消除動密封環(huán)支座在裝配前的橢圓和收縮等缺陷，可以進(jìn)行二次加工(車削加工)，將柄部的尺寸加工到圖紙要求尺寸(φ12.85±0.035 mm)。因零件在設(shè)計(jì)時(shí)留取的加工余量較小，且人為加工精度低，導(dǎo)致加工的尺寸不穩(wěn)定，有可能會產(chǎn)生部分不合格產(chǎn)品。在對新件動密封環(huán)支座檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的尺寸是12.68～12.80 mm，而圖紙要求尺寸是12.85±0.035 mm，如圖2所示，這個(gè)結(jié)果證明人為加工會產(chǎn)生不符合尺寸的產(chǎn)品。尺寸不符合圖紙要求的產(chǎn)品會導(dǎo)致閥體內(nèi)部密封不良從而引起漏液問題的發(fā)生。

圖2 動密封環(huán)尺寸失效圖

改進(jìn)措施：重新開模具，對動密封環(huán)支座采取一次成型的工藝，消除人為加工過程中帶來的誤差，保證動密封環(huán)支軸的圓度。再對一次成型的新件動密封環(huán)支座進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足φ12.85±0.035 mm圖紙尺寸要求。一次成型可以提高產(chǎn)品的密封性和可靠性，降低漏液的風(fēng)險(xiǎn)。

失效點(diǎn)3：如圖3所示，電動水閥進(jìn)水口和出水口管壁厚設(shè)計(jì)5 mm，而在實(shí)際的裝配過程中，暖風(fēng)水管的進(jìn)水口和出水口的接口處受到較大的卡箍應(yīng)力影響，導(dǎo)致部分水管在后續(xù)車輛顛簸運(yùn)行的過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而引起電動水閥漏液問題的發(fā)生。

圖3 電動水閥進(jìn)出水管失效圖

改進(jìn)措施：將電動水閥進(jìn)水口和出水口的管壁厚度增加至6 mm，提高電動水閥產(chǎn)品本身的強(qiáng)度，從而提高在安裝過程中抗外界應(yīng)力的能力，提升電動水閥在安裝過程中的可靠性。該措施可以有效降低因外力作用導(dǎo)致的損壞和漏液問題。

失效點(diǎn)4：售后舊件在復(fù)檢過程中故障不再現(xiàn)。電動水閥工作邏輯如圖4所示，外溫度傳感器對溫度的感知會影響水閥開關(guān)，而實(shí)車室外溫度傳感器裝配在暖風(fēng)鋁管附近，暖風(fēng)鋁管溫度會影響外溫度傳感器數(shù)據(jù)采集，從而出現(xiàn)傳感器測試溫度失真的現(xiàn)象進(jìn)而影響水閥開關(guān)，導(dǎo)致空調(diào)暖風(fēng)無法正常打開。

圖4 電動水閥工作邏輯圖

改進(jìn)措施：如圖5所示，調(diào)整整車室外溫度傳感器位置，實(shí)驗(yàn)過程中在整車前面罩部分選取6個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行溫度傳感器的位置布置，待溫度傳感器布置完成后啟動車輛，模擬車輛動態(tài)運(yùn)送狀態(tài)下的實(shí)車試驗(yàn)；同時(shí)打開車輛空調(diào)的暖風(fēng)系統(tǒng)，連續(xù)測量并記錄駕駛室內(nèi)外溫度后進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示，溫度傳感器在點(diǎn)20位置時(shí)，車輛運(yùn)行30 min內(nèi)駕駛室內(nèi)和室外溫度相差0.5 ℃，結(jié)果表明暖風(fēng)的效率和暖風(fēng)上風(fēng)的時(shí)間都得到了良好改善，符合車輛的技術(shù)要求。

圖5 溫度傳感器位置選取圖

圖6 駕駛室內(nèi)溫度測試結(jié)果圖

3 結(jié) 語

文中經(jīng)過系統(tǒng)地分析找出了商用車暖風(fēng)系統(tǒng)的失效因素：電動水閥故障點(diǎn)位置和溫度傳感器在駕駛室外的位置。對電動水閥失效的原因和溫度傳感器的布置位置進(jìn)行深入分析后，通過改善電動水閥與管路連接的卡箍、優(yōu)化水閥動密封環(huán)、改進(jìn)電動水閥進(jìn)出口的方式和優(yōu)化室外溫度傳感器的布置位置4項(xiàng)改進(jìn)措施，有效地改善了商用車空調(diào)暖效率低和暖風(fēng)上風(fēng)時(shí)間長的問題，提高了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對車輛空調(diào)系統(tǒng)的改善具有一定的研究意義。