某輕型客車壓縮機噴油故障分析及優(yōu)化研究

王海萍，曹皇親

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某輕型客車壓縮機噴油故障分析及優(yōu)化研究

王海萍，曹皇親

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某輕型客車空調(diào)系統(tǒng)壓縮機噴油故障問題，利用環(huán)模試驗，分析該系統(tǒng)壓縮機噴油的根本原因是系統(tǒng)匹配設(shè)計問題，然后針對性地提出了改進措施，并通過整車環(huán)模試驗，驗證了其有效性。

空調(diào)系統(tǒng)；壓縮機噴油；壓力

目前絕大多數(shù)的汽車空調(diào)采用的都是蒸發(fā)-壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。利用制冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時需要吸收汽化潛熱的原理，設(shè)計時希望蒸發(fā)過程一直持續(xù)到蒸發(fā)器的出口處，在該處制冷劑剛好變成臨界飽和蒸氣，即此時剛好所有的液態(tài)制冷劑全部變成氣態(tài)，這樣是最理想的狀態(tài)。但實際這樣做非常危險，因為若不在蒸發(fā)器出口至壓縮機入口之間采取其他措施，未蒸發(fā)完全的液態(tài)制冷劑就會進入壓縮機從而造成“液擊”現(xiàn)象，損壞壓縮機。在蒸發(fā)-壓縮循環(huán)制冷系統(tǒng)中，必須禁止“液擊”現(xiàn)象的發(fā)生。

1 壓縮機噴油故障分析與研究

1.1 故障現(xiàn)象

該輕型客車空調(diào)系統(tǒng)為前后雙空調(diào)制冷系統(tǒng)，標配有頂置的蒸發(fā)器總成。在生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)2臺該車型壓縮機出現(xiàn)噴油現(xiàn)象。故障車在下線路試發(fā)動機排尾氣工序過程中開啟了前空調(diào)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在4～5s時間內(nèi)提升至4000r／min，該發(fā)動機排尾氣工序距離冷媒充注工序不到10m。在試車三四十公里之后，駕評人員檢查車輛，發(fā)現(xiàn)壓縮機泄壓閥處漏油，即制冷劑和冷凍油從壓縮機尾部泄壓閥處噴出。泄壓閥安裝于壓縮機后端，該閥在系統(tǒng)中起安全保護作用，若制冷劑壓力過高，壓力釋放閥打開以釋放制冷劑。

1.2 故障原因初步分析

初步分析壓縮機噴油的大致原因有以下幾點：冷媒加注量過多、空調(diào)系統(tǒng)零部件堵塞等故障、空調(diào)系統(tǒng)匹配設(shè)計問題（高低壓開關(guān)設(shè)定值不合理、冷凝器散熱能力不足、前空調(diào)風檔風速過低、前后膨脹閥匹配不合理等）、環(huán)境和操作的影響（空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)冷媒未汽化即開啟空調(diào)，壓縮機冷凍油的油溫過低，會使制冷劑在潤滑油中溶解過多，當壓縮機吸氣時，吸氣側(cè)壓力突然下降，此時，壓縮機異常高速旋轉(zhuǎn)，溶解在油中的制冷劑會突然揮發(fā)出來，使得油起泡，油隨著制冷劑一起吸入壓縮機中引起“液擊”）。初步檢查壓縮機噴油故障車輛，底置冷凝器、前冷凝器、制冷劑管路、儲液干燥罐等均未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。初步判斷，在某種工況條件下，空調(diào)系統(tǒng)瞬間壓力過高導(dǎo)致壓縮機噴油。

首先，利用整車環(huán)模試驗?zāi)M用戶的使用條件，來研究這個故障現(xiàn)象。經(jīng)過試驗驗證，再現(xiàn)了故障，找到了壓縮機噴油的根本原因是空調(diào)系統(tǒng)匹配設(shè)計問題。由于系統(tǒng)匹配不合理，冷媒在頂置蒸發(fā)器總成內(nèi)未充分蒸發(fā)，有液態(tài)制冷劑進入壓縮機，發(fā)生了“液擊”，產(chǎn)生瞬間高壓，導(dǎo)致壓縮機噴油。下面是對可能影響的因素進行逐一確認，并提出優(yōu)化整改方案。

1.2.1 制冷劑加注量設(shè)計驗證

圖1為該車制冷劑加注量試驗曲線圖。從曲線上可以看出，當系統(tǒng)冷媒加注量大于1500g后，高壓會產(chǎn)生一個較大的突變，壓力迅速升高。1100～1500g是最佳加注范圍。

通過制冷劑加注量試驗，驗證制冷劑過多過少的情況下，對空調(diào)系統(tǒng)的影響。

表1為不同環(huán)境溫度、制冷劑加注量條件下系統(tǒng)壓力與出風口溫度測試的數(shù)值。如果制冷劑加注量大于1500g，空調(diào)系統(tǒng)高壓在偶然極限情況下會迅速升高。

表1 系統(tǒng)壓力與出風口溫度測試

試驗結(jié)論：冷媒加注量大于1500g時，空調(diào)系統(tǒng)高壓會產(chǎn)生突變，存在風險。減少冷媒加注量到1400g，系統(tǒng)高壓正常，但是仍有噴油現(xiàn)象，故障率未下降，冷媒加注量不是噴油的主要原因。

1.2.2 冷凝器散熱能力設(shè)計驗證

前蒸發(fā)器總成和頂置蒸發(fā)器總成的換熱能力達到13kW，經(jīng)試驗測試，前冷凝器加底置冷凝器總成的散熱能力達到17.2kW，可見冷凝器的換熱性能足夠，不是壓縮機噴油的主要原因，具體試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 冷凝器換熱性能測試

1.2.3 整車環(huán)模試驗排查故障原因

通過環(huán)模試驗進行驗證，查找壓縮機噴油原因。

傳感器測試點：壓縮機高壓、前蒸發(fā)器高壓、前蒸發(fā)器低壓、頂蒸發(fā)器低壓、壓縮機低壓管溫度、前蒸發(fā)器低壓管溫度、后蒸發(fā)器低壓管溫度。

經(jīng)過3次試驗，在第2次（更換了新壓縮機）時發(fā)生了噴油，故障再現(xiàn)。通過試驗數(shù)據(jù)分析，第1次（原車狀態(tài)）和第3次（更換新蒸發(fā)器）都有可能發(fā)生噴油的可能，可以得出以下結(jié)論：通過過熱度計算，前后空調(diào)最小檔，車速較高時，冷媒過熱度有為負的情況，即有液態(tài)冷媒進入壓縮機，會發(fā)生“液擊”，產(chǎn)生瞬態(tài)高壓，是導(dǎo)致壓縮機噴油的主要原因。再次驗證故障根本原因為系統(tǒng)匹配不合理，導(dǎo)致冷媒在頂蒸發(fā)器內(nèi)未充分蒸發(fā)。

1.3 系統(tǒng)匹配設(shè)計問題排查及優(yōu)化

針對系統(tǒng)匹配中各關(guān)鍵因素進行逐一確認，提出優(yōu)化方案進行驗證。

1.3.1 高低壓開關(guān)設(shè)定值優(yōu)化

根據(jù)表3中環(huán)模試驗的數(shù)據(jù)分析，在該環(huán)境溫度下，系統(tǒng)高壓較低，最大為1.5MPa，與壓縮機泄壓閥開啟值3.8MPa±0.3MPa相差很大，判斷系統(tǒng)壓力高不是發(fā)生噴油的主要因素。

該輕客系統(tǒng)高低壓力開關(guān)高壓斷開值設(shè)定為3.14MPa±0.2MPa，公差范圍內(nèi)最大值為3.34MPa，系統(tǒng)冷凝器加上管路的制冷劑壓力阻值最大差值為0.28～0.31MPa，而壓縮機泄壓閥的開啟值設(shè)定為3.8MPa±0.3MPa，公差范圍內(nèi)最小值為3.5MPa，因此高低壓力開關(guān)與壓縮機泄壓閥動作差值0.12～0.15 MPa。如果高低壓開關(guān)未產(chǎn)生動作切斷壓縮機，壓縮機的泄壓閥先開啟，就會產(chǎn)生壓縮機噴油的現(xiàn)象發(fā)生，因此需要更改高低壓開關(guān)的設(shè)定值。調(diào)整高低壓開關(guān)設(shè)定參數(shù)，將高壓斷開值由原來的3.14 MPa±0.2MPa調(diào)整為2.95MPa±0.2MPa。

1.3.2 優(yōu)化空調(diào)控制器邏輯程序

該輕客雙空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計狀態(tài)為僅開啟前空調(diào)時，后空調(diào)不與前空調(diào)聯(lián)動，驗證前后蒸發(fā)器是否結(jié)霜，通過環(huán)模試驗進行確認。

表3 更換新壓縮機和新蒸發(fā)器系統(tǒng)壓力測試對比

圖2和圖3為該試驗系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)和出風溫度數(shù)據(jù)曲線圖。表4和表5分別為開啟前空調(diào)，后空調(diào)風量關(guān)閉和1檔時，試驗前后風機電流和出風口風速對比表。

表4 開啟前空調(diào)，后空調(diào)風量關(guān)閉，試驗前后出風口風速對比表

從上述數(shù)據(jù)可以得出，空調(diào)系統(tǒng)低壓無下降趨勢，前、后出風口溫度無明顯上升，試驗前后鼓風機電流對比小于10%，綜合判斷頂蒸發(fā)器未見明顯結(jié)霜現(xiàn)象。但是為了降低系統(tǒng)瞬間壓力過高的風險，優(yōu)化控制器邏輯程序，使后空調(diào)與前空調(diào)聯(lián)動工作，后空調(diào)風量開關(guān)默認最低風速。

表5 開啟前空調(diào)，后空調(diào)風量1檔，試驗前后機電流、出風口風速對比表

1.3.3 系統(tǒng)匹配不合理原因進一步確認

對壓縮機噴油事件進行深入分析。因發(fā)動機排尾氣工序的生產(chǎn)線距離冷媒充注工序不到10m，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)冷媒剛充注完畢，壓縮機轉(zhuǎn)速瞬間非常高，前、后蒸發(fā)器冷媒未完全汽化，低壓管有液態(tài)冷媒進入壓縮機，而導(dǎo)致系統(tǒng)瞬間高壓，壓縮機泄壓閥開啟，致使噴油現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4為該款壓縮機的性能曲線圖。發(fā)動機轉(zhuǎn)速4000r／min時，該壓縮機轉(zhuǎn)速可以達到5920r／min，此時壓縮機瞬間的制冷能力可以達到15kW。

常用工況下，該款壓縮機轉(zhuǎn)速在1250～4440r／min，顧客在使用過程中，不可能在4～5s內(nèi)使壓縮機轉(zhuǎn)速達到5920r／min。

針對上述疑問進行環(huán)模試驗，模擬車輛路試工況。

試驗工況：前空調(diào)鼓風機1檔、后空調(diào)鼓風機1檔，前空調(diào)鼓風機1檔、后空調(diào)鼓風機0檔分別做試驗。各工況下壓縮機入口溫度和頂蒸發(fā)器出口過熱度見圖5～圖8。

通過模擬噴油事件的極限工況，在前、后空調(diào)鼓風機均為1檔的試驗過程中冷媒過熱度有為負的情況，出現(xiàn)了噴油現(xiàn)象，再次驗證系統(tǒng)匹配問題是壓縮機噴油故障的根本原因。準確分析：壓縮機噴油現(xiàn)象出現(xiàn)在第1次前、后空調(diào)鼓風機均為1檔的試驗過程中，而第2次進行的前空調(diào)1檔、后空調(diào)0檔的工況雖然更為惡劣，卻未出現(xiàn)噴油現(xiàn)象，說明壓縮機噴油多為一次性噴油現(xiàn)象，與實際情況較為吻合。

通過樣件臺架測試，關(guān)注前蒸發(fā)器、頂蒸發(fā)器出口過熱度，對前后膨脹閥匹配問題進行再次確認。前蒸發(fā)器出口過熱度無異常，冷媒流動較均勻。

對頂蒸發(fā)器總成的過熱度測試過程中，過熱度異常，活動頻繁范圍2～3℃，因此膨脹閥參數(shù)需優(yōu)化。

1.3.4 膨脹閥參數(shù)設(shè)定優(yōu)化

優(yōu)化頂蒸發(fā)器膨脹閥參數(shù)，再次進行環(huán)模試驗。

試驗工況：前空調(diào)鼓風機1檔、后空調(diào)鼓風機1檔，前空調(diào)鼓風機1檔、后空調(diào)鼓風機0檔分別做試驗。各工況下膨脹閥參數(shù)調(diào)整后壓縮機入口溫度對比曲線和頂蒸發(fā)器出口過熱度對比曲線見圖9～圖12。

分析所測試驗數(shù)據(jù)，更改膨脹閥參數(shù)后，頂蒸發(fā)器出口過熱度明顯改善。綜合該試驗數(shù)據(jù)，膨脹閥參數(shù)調(diào)整后，壓縮機“液擊”風險顯著降低。

2 環(huán)模試驗驗證

針對優(yōu)化方案，通過環(huán)模試驗對改進措施的有效性進行驗證。

2.1 降溫試驗

從壓力曲線（圖13）可明顯看出調(diào)整后高壓的波動范圍明顯減小，低壓明顯降低。

從空氣側(cè)降溫曲線（圖14）看，后蒸膨脹閥調(diào)整后，出風口溫度下降明顯。

2.2 結(jié)霜試驗

圖15為結(jié)霜試驗風速測試試驗數(shù)據(jù)曲線。從檢測數(shù)據(jù)來看，所有的數(shù)據(jù)變化都在可判定未結(jié)霜的范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

本論文通過大量的試驗，識別該空調(diào)系統(tǒng)噴油的系統(tǒng)匹配不合理的關(guān)鍵因素，并給出相應(yīng)的整改方案。目前該整改方案已經(jīng)落實，根據(jù)整改后實際的表現(xiàn)，證明整改方案有效，壓縮機噴油問題得到了基本解決。

［1］馬明金.汽車空調(diào)構(gòu)造·使用與維修［M］.北京：北京大學出版社，2005.

［2］汪曉鈞，陸軍琰，周健.帕薩特轎車空調(diào)出熱風問題試驗分析及改進措施［J］.制冷技術(shù)，2006（1）：35-38.

（編輯楊景）

Fault Analysis and Solution to Compressor Oil Injection on A Light Bus

WANG Hai-ping，CAO Huang-qin
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd.，Hefei 230601，China）

Aiming at oil injection fault of airconditioner compressor on a light bus，the fault cause is analyzed to be a system matching and design problem through climate simulation test. The improvement measures are proposed and validated through the test.

Air conditioning system；compressor oil injection；pressure

U464.138

A

1003－8639（2014）06－0031－05

2013-10-29；

2014-01-21

王海萍（1986-），女，助理工程師，從事汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計工作；曹皇親（1980-），男，工程師，從事汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計工作。