某商用車空調(diào)冷凝器泄漏故障分析與改進(jìn)

【摘" 要】汽車空調(diào)系統(tǒng)是整車系統(tǒng)的重要組成部分，空調(diào)系統(tǒng)功能的好壞直接影響著整車的舒適性，所以泄漏故障直接使空調(diào)系統(tǒng)缺失制冷劑，直接影響空調(diào)功能的使用。文章著重介紹某款輕型商用車空調(diào)系統(tǒng)冷凝器泄漏故障的分析與改進(jìn)，經(jīng)過一系列的改進(jìn)措施及驗證，空調(diào)冷凝器泄漏故障率得到有效降低。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)系統(tǒng)；冷凝器泄漏；商用車

中圖分類號：U463.851" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）08-0102-04

Analysis and Improvement of Leakage Failure of Air Conditioning Condenser of a Light Commercial Vehicle

WU Chunlai

（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

【Abstract】The car air conditioning system is an important part of the whole vehicle system. The quality of the air conditioning system directly affects the comfort of the whole vehicle，so the failure rate diameter of the air conditioning system components affects the use of the air conditioning function. This article focusses on the analysis and improvement of the leakage fault of the condenser in the air conditioning system of a light commercial vehicle. After a series of improvement measures and verification，the leakage failure rate of the air conditioner condenser has been effectively reduced.

【Key words】air conditioning system；condenser leakage；commercial vehicle

作者簡介

吳春來（1985—），男，工程師，從事汽車空調(diào)、熱管理設(shè)計開發(fā)工作。

汽車空調(diào)系統(tǒng)就是將車內(nèi)空間的環(huán)境調(diào)節(jié)到對人體最適宜的狀態(tài)，創(chuàng)造良好的勞動條件和工作環(huán)境，以提高駕駛員的勞動生產(chǎn)率和保障行車安全。汽車空調(diào)冷凝器是空調(diào)系統(tǒng)主要部件之一，冷凝器芯體是制冷劑的載體之一，一旦芯體出現(xiàn)開裂或破損，制冷劑立刻完全泄漏，直接導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)制冷性能散失，且該故障不可自動恢復(fù)功能，維修需要更換冷凝器芯體、充注適量制冷劑、維修工時等較大費(fèi)用。想要在任何環(huán)境中正常使用空調(diào)功能，必須各部件具備完好的功能。在此，本文結(jié)合具體的實例，討論某輕型商用車空調(diào)冷凝器泄漏故障的改進(jìn)方法。

1" 現(xiàn)狀分析

某輕型商用車空調(diào)冷凝器年故障數(shù)基本相當(dāng)，且冷凝器故障主要發(fā)生在5～9月期間，為空調(diào)的使用季節(jié)。2023年5月冷凝器故障數(shù)猛增，高達(dá)19件，占2023年1～5月份冷凝器故障數(shù)總和的82.6%。根據(jù)售后DMS維修記錄，對5月份冷凝器的故障報單進(jìn)行梳理分析，根據(jù)更換件記錄發(fā)現(xiàn)，其中有16件是冷凝器芯體滲漏故障，3件是冷凝器電機(jī)風(fēng)扇故障。該異?，F(xiàn)象亟待分析整改，提升產(chǎn)品品質(zhì)。

2" 原因分析

通過冷凝器總成的裝配結(jié)構(gòu)（圖1）、安裝位置及其工作機(jī)理的分析，對冷凝器芯體泄漏進(jìn)行FTA分析（圖2）。

2.1" 法蘭配合狀態(tài)末端因素確認(rèn)

2.1.1" 冷凝器接口固定點擰緊力矩確認(rèn)

由于故障件是4S店維修更換后的單個總成件，非系統(tǒng)管路連接狀態(tài)，無法具體測量管路安裝點的擰緊力矩。通過生產(chǎn)線跟線，觀察安裝點的定扭方法。定扭電動工具以及安裝點M6螺母擰緊力矩復(fù)測，均滿足設(shè)計要求9～11N·m。

2.1.2" 冷凝器芯體法蘭與管路法蘭配合結(jié)構(gòu)確認(rèn)

冷凝器芯體法蘭安裝結(jié)構(gòu)為螺栓安裝，如圖3所示，該安裝方式是先將管路的法蘭沿軸線方向插入冷凝器芯體法蘭，待管路法蘭完全插入冷凝器芯體法蘭后，用螺栓固定，完成安裝。但是由于管路法蘭端有密封圈，與冷凝器芯體法蘭過盈配合，插入法蘭操作需要一定的推力，在實際裝配過程中，往往是通過螺栓的擰緊力帶動管路法蘭插入冷凝器芯體法蘭，該種不規(guī)范操作容易導(dǎo)致密封圈偏擠壓甚至破損，芯體法蘭內(nèi)螺紋損壞滑牙，甚至出現(xiàn)法蘭對接面未完全貼合等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)慢滲漏，且該慢泄漏不易檢測。

綜上分析，所有的裝配不唯一性均源于設(shè)計，管路法蘭的安裝方式存在設(shè)計缺陷。

2.2" 密封圈狀態(tài)確認(rèn)

2.2.1" 管路法蘭O型圈的設(shè)計選型

目前某輕型商用車法蘭密封形式都是徑向密封，無圖紙要求。表1是量產(chǎn)狀態(tài)O型圈的相關(guān)參數(shù)。

1）擠出間隙。最大允許擠出間隙gmax和系統(tǒng)壓力、O型圈線直徑以及材料硬度有關(guān)。通常工作壓力越高，最大允許擠出間隙gmax取值越小，排氣管法蘭最大配合間隙0.105mm，對于3.5MPa以下的，配合間隙0.1mm，符合要求。O型圈基礎(chǔ)間隙如圖4所示。

2）壓縮永久變形。為防止出現(xiàn)永久塑性變形，最大允許壓縮量約為30%。A廠家的密封圈壓縮量均lt;30%，符合要求。

3）拉伸與壓縮。將O型圈安裝在溝槽內(nèi)時，會受到拉伸或壓縮。若拉伸和壓縮的數(shù)值過大，將導(dǎo)致截面過度增大或減小。對于孔用密封，最好處于拉伸狀態(tài)，最大允許拉伸量為6%，A廠家的內(nèi)徑10.7mm，拉伸裝配到Φ11.7mm的槽內(nèi)，其拉伸量達(dá)9.3%，不符合設(shè)計要求。

在選型同時也要考慮3個因素： 壓縮率、填充率和拉伸率。壓縮率靜態(tài)密封選擇15%～30%，以防止出現(xiàn)永久塑性變形；填充率靜態(tài)密封選擇70%～85%；拉伸率靜態(tài)密封選擇3%～5%。

通過以上參數(shù)評價，A廠家的拉伸率過大易老化。事實上，在評價是否合適時還要考慮抱緊率，抱緊率表示O型圈預(yù)裝時與軸的抱緊程度，徑向密封抱緊率選擇4%～6%，A廠家的抱緊率超標(biāo)，O型圈的選型設(shè)計不合理。

2.2.2" 陰陽法蘭配合尺寸校核

陰陽法蘭尺寸鏈如圖5所示，陰陽法蘭尺寸公差見表2。根據(jù)表2計算結(jié)果，A0的間隙是0.055～0.405之間，符合設(shè)計要求。

2.2.3" 法蘭表面粗糙度檢測

隨機(jī)抽查10臺冷凝器焊接法蘭，實際檢測值2.3μm、2.86μm、3.37μm，不滿足粗糙度設(shè)計的要求（≤1.6μm），均存在粗糙度不合格問題。在管路裝配過程中，粗糙度過大易損壞O型圈，影響系統(tǒng)密封性。

2.3" 周邊外力調(diào)查

2.3.1" 整車接近角校核

校核整車接近角，根據(jù)冷凝器整車布置位置，校核冷凝器對整車接近角的影響，若冷凝器芯體最低位置低于整車接近角，可能存在上坡過程中冷凝器芯體磕碰損壞的風(fēng)險。經(jīng)校核整車數(shù)模，冷凝器不影響整車接近角。整車接近角校核如圖6所示。

2.3.2" 輪胎泥沙飛濺校核（圖7）

冷凝器總成安裝位置不在輪胎外圓的切線范圍內(nèi)，且冷凝器芯體靠輪胎側(cè)有冷凝器風(fēng)機(jī)及殼體遮擋，輪胎的飛濺不能直接輻射到芯體表面，輪胎飛濺非芯體泄漏的原因。

2.3.3" 與周邊件運(yùn)動干涉

通過整車數(shù)模及周邊部件布置位置校核，冷凝器總成安裝在車架右縱梁外側(cè)，其周邊無相對運(yùn)動件，排除因運(yùn)動摩擦導(dǎo)致的開裂泄漏。

2.4" 系統(tǒng)內(nèi)力

2.4.1" 空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)壓力

校核該車基本車型的制冷環(huán)模試驗，環(huán)境溫度43℃，光照量1000W/m2，在40碼、80碼、怠速等不同工況下的系統(tǒng)高壓均未超過22.5kg/cm2·G，系統(tǒng)高低壓未見明顯異常，且遠(yuǎn)低于企標(biāo)要求的≤26kg/cm2·G，符合設(shè)計要求。

2.4.2" 冷凝器芯體耐壓測試

隨機(jī)對量產(chǎn)件抽樣10臺進(jìn)行芯體耐壓試驗和耐爆破試驗，將冷凝器安裝到壓力試驗臺上，以圖4壓力曲線均加壓至4.6MPa的工作壓力持續(xù)5min試驗后，無破裂、滲漏發(fā)生，緩慢加至8MPa，維持2min，冷凝器芯體無泄漏，符合設(shè)計要求。

2.4.3" 裝配內(nèi)應(yīng)力

根據(jù)冷凝器總成件裝配結(jié)構(gòu)，對冷凝器支架和冷凝器芯體配合安裝尺寸及共面校核，安裝尺寸滿足設(shè)計要求，對冷凝器芯體及支架的4個安裝面進(jìn)行共面測量，4個安裝面均存在不同尺寸的面偏差。

冷凝器支架安裝1、2、3、4與基準(zhǔn)面5的高度差分別為19.8434mm、19.9649mm、20.2057mm、20.5048mm，最大偏差為0.66mm。冷凝器支架共面檢測如圖8所示。

冷凝器芯體安裝面1、2、3、4與基準(zhǔn)5的高度差分別為1.6295mm、-4.248mm、1.1415mm、-4.3265mm，冷凝器芯體的4個安裝面與基準(zhǔn)面不共面，最大偏差5.956mm。冷凝器芯體共面檢測如圖9所示。

冷凝器芯體與支架安裝面存在最大6.616mm的安裝面偏差，導(dǎo)致裝配總成后對芯體產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，隨整車使用工況頻繁振動疲勞開裂導(dǎo)致芯體泄漏。

分析結(jié)論，造成冷凝器芯體泄漏的主要原因為以下。

1）冷凝器芯體法蘭與管路法蘭配合方式設(shè)計不合理，導(dǎo)致裝配存在損壞O型圈、損壞內(nèi)螺紋及配合不良等現(xiàn)象。

2）與法蘭匹配的O型圈選型不合理，現(xiàn)狀態(tài)O型圈拉伸量過大，導(dǎo)致O型圈截面過度減小，減少密封的壓縮量，且拉伸量過大易老化。

3）法蘭表面粗糙不合格，裝配時容易磨損O型圈表面，影響系統(tǒng)氣密性。

4）冷凝器支架、冷凝器芯體配合安裝面偏差過大，總成裝配件與整車配合安裝存在內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞開裂。

3" 分析改進(jìn)驗證

3.1" 整改方案實施

冷凝器支架、冷凝器芯體總成安裝配合面增加共面約束措施。通過增加冷凝器支架校正工藝，實現(xiàn)冷凝器支架與縱梁配合面、冷凝器支架與風(fēng)機(jī)總成配合面共平面公差要求±0.5mm。冷凝器支架校準(zhǔn)工藝如圖10所示。

法蘭結(jié)構(gòu)O型圈設(shè)計選型優(yōu)化，選擇尺寸相對合適的O型圈。

新型號O型圈的擠出間隙0.1mm，壓縮永久變形均 lt;24.1%，最大拉伸（11.7-11.4）÷11.7≤2.6%，同時也要考慮壓縮率靜態(tài)密封選擇15%～30%，以防止出現(xiàn)永久塑性變形，填充率靜態(tài)密封選擇70%～85%，拉伸率靜態(tài)密封選擇3%～5%，新O型圈符合設(shè)計選型要求。陰陽法蘭尺寸公差參數(shù)見表3。

冷凝器芯體法蘭安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化，芯體法蘭增加雙頭螺柱，利用螺柱導(dǎo)向安裝，如圖11所示。提升冷凝器芯體法蘭表面粗糙度，通過更改芯體法蘭焊接工藝，法蘭與連接管采取手工焊接后，再隨芯體過爐焊接，避免釬劑從法蘭與管路焊接處進(jìn)入法蘭內(nèi)部。刷釬劑后增加氣槍對法蘭孔進(jìn)行100%吹氣，避免釬劑從法蘭正面進(jìn)入壓板內(nèi)部，優(yōu)化工藝后的芯體法蘭粗糙度均符合設(shè)計要求≤1.6μm。

3.2" 樣件制作，效果驗證

整改后樣件按照冷凝器總成在車上的安裝狀態(tài)，通過試驗工裝固定在振動臺上，振動頻率33Hz，垂直方向加速度5g，時間4h；縱向加速度5g，時間2h；橫向加速度5g，時間2h。試驗后總成無變形、無損壞，未出現(xiàn)變形、裂紋、脫焊等機(jī)械損傷，并進(jìn)行氣密性復(fù)測，無泄漏。

整改后樣件更換到整車上，隨整車?yán)塾嬐瓿?1374km可靠性路試，其中強(qiáng)化路4084km，未出現(xiàn)冷凝器支架、芯體開裂等泄漏現(xiàn)象。

4" 結(jié)論

冷凝器芯體泄漏市場問題的攻關(guān)，主要從故障件結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計源頭調(diào)查分析、影響因素排查分析、實物制作和可靠性路試驗證進(jìn)行，有效降低了冷凝器泄漏故障率。

冷凝器芯體法蘭增加雙頭螺柱的設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以保證裝配一致性，且有利于保護(hù)密封圈。

冷凝器總成整改過程中，充分進(jìn)行了可靠性路試及相關(guān)臺架試驗驗證，保證了解決措施的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯" 楊凱麟）