基于汽車空調制冷劑泄漏預防的設計研究

蔣晶++毛萍

摘 要：調查發(fā)現(xiàn)，目前對汽車空調制冷劑的泄漏及影響等問題還沒有較完善的預防控制措施。本文通過分析汽車空調制冷劑泄漏的情況，針對目前的手動空調和自動空調系統(tǒng)進行了相應預防控制的設計方案，并通過試驗驗證其可操作性及研究價值，為汽車制造和生產(chǎn)廠家在今后汽車空調制冷劑的泄漏預防設計改進及汽車空調加裝等方面提供了極好的參考價值。

關鍵詞：汽車空調；制冷劑；泄漏；預防；控制

中圖分類號：TB657 文獻標識碼：A

1.汽車空調制冷劑常見泄漏現(xiàn)象及其危害

汽車空調制冷系統(tǒng)一般是由管路把空調壓縮機、冷凝器、儲液罐、膨脹閥（或膨脹管）蒸發(fā)器這幾大主要部件連接起來的封閉循環(huán)系統(tǒng)。這種壓縮式循環(huán)制冷系統(tǒng)的原理是讓制冷劑在制冷管路循環(huán)中流動，通過制冷劑在蒸發(fā)器吸熱并將熱攜帶到冷凝器散熱，把熱傳出車廂外，從而達到制冷的目的。這些組成部件中，壓縮機、壓力開關連接處、蒸發(fā)器、儲液罐及管路連接處是常見的泄漏部位。

由于制冷系統(tǒng)是封閉的循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑和冷凍機油能在其中循環(huán)地流動是可制冷的關鍵，所以對循環(huán)系統(tǒng)的密封性要求非常高，如果系統(tǒng)中任何一部位有泄漏，則制冷系統(tǒng)將遲早會出現(xiàn)故障。如果是微小的泄漏，則制冷系統(tǒng)會慢慢地表現(xiàn)出制冷效果不良的故障現(xiàn)象，久而久之就會出現(xiàn)汽車空調不制冷的現(xiàn)象。

不管是怎樣的泄漏現(xiàn)象，如果不加以預防控制，其結果是導致空調不能正常工作，從而造成資源的浪費，也影響車輛的舒適性。此外，讓人察覺不到的是泄漏出的制冷劑排入到大氣中，會產(chǎn)生溫室效應，更嚴重的是一些車輛還在悄悄地使用R12的成分，這些成分如泄漏到大氣中，就會破壞臭氧層，造成較嚴重的環(huán)境污染。

汽車空調制冷劑的泄漏不僅會引發(fā)汽車空調故障，而且還會給大氣環(huán)境造成危害，因而預防和控制制冷劑的泄漏顯得相當重要。

2.現(xiàn)有汽車空調制冷劑泄漏的應對策略

汽車空調常見的故障表現(xiàn)為汽車空調不制冷，間歇制冷，制冷效果不良，有異響噪音等，而汽車空調的許多故障大都是由制冷劑泄漏引起的，因而對汽車空調的維修作業(yè)很大一部分是檢漏，查漏。為了能找出相應的泄漏部位而研發(fā)出了一些專用的檢漏設備和檢漏方法，如電子檢漏儀、熒光檢漏儀、加壓檢漏、泡沫檢漏等。一般來說，如果制冷系統(tǒng)存在泄漏，泄漏較緩慢時，還不會影響到制冷效果時一般人們不會去注意，到了影響到制冷效果時，便會去檢查了，檢查到有泄漏點時，許多修理廠會采取將管路的制冷劑排空處理，然后更換部件，再檢漏，如沒明顯泄漏了，就再加注制冷劑。也有一些車主如不需用到空調，會到了制冷劑全泄漏完了，才會處理其空調系統(tǒng)的泄漏問題。有的維修廠家根本找不出泄漏原因，泄漏完了再加，反反復復，他們以為因加一次制冷劑不需要太多的經(jīng)濟成本，顧客是可以接受的。這些應對策略，都是較被動地應對制冷劑泄漏的處理方式，無形中造成了資源損失，帶來了環(huán)境影響。如果有一種具備預防泄漏的更節(jié)能環(huán)保的控制裝備或系統(tǒng)，就會更受歡迎。

3.關于制冷劑的泄漏預防控制設計

在汽車空調制冷劑泄漏的初始過程中，如果能被察覺出，并能發(fā)出警報信號，中止制冷劑的泄漏，并能及時用冷媒回收加注機將管路中的制冷劑回收起來，便可減少制冷劑的泄漏排放，降低資源損失，減少對環(huán)境污染。

3.1 設計原理

相關研究試驗表明，汽車空調壓縮機吸氣壓力與溫度及壓縮機排氣壓力與排氣溫度是反映制冷劑量的大小的重要參數(shù)，通過試驗可尋找到壓力與制冷劑量之間的變化關系。制冷劑的量與制冷系統(tǒng)的高、低壓壓力有關，他們之間的關系如圖1、圖2所示。

根據(jù)圖1與圖2坐標系內(nèi)的離散點，運用線性插值法，可以求出吸氣壓力在0.197059MPa～0.221176MPa范圍內(nèi)的任意壓力所對應的R134a的制冷劑含量，以及排氣壓力在1.4MPa～2.3MPa范圍內(nèi)任意壓力時的制冷劑的量。同理，在達到制冷系統(tǒng)運行條件情況下，一定制冷劑的量在制冷系統(tǒng)達到靜止平衡狀態(tài)時會對應一定的靜態(tài)壓力值，可測試出在制冷系統(tǒng)能運行的情況下，制冷劑量從高到低所對應的靜態(tài)壓力值數(shù)據(jù)。同樣根據(jù)所得數(shù)據(jù)的離散點，運用線性插值法，可求出靜態(tài)壓力在正常范圍內(nèi)的任意壓力所對應的系統(tǒng)所含有R134a制冷劑的含量。根據(jù)相關規(guī)定，當系統(tǒng)根據(jù)壓力計算出的制冷劑含量的差值超過14.2g每年時，即泄漏量每年超過這數(shù)值時測認為超規(guī)定值應觸發(fā)相應的預警反應。（由于分子運動，因而系統(tǒng)會存在微小的滲漏是正常允許的）

3.2 設計方法

現(xiàn)設置的手動空調控制電路中幾乎無壓力傳感器和溫度傳感器，但定會有簡單的感溫感壓元件。可把感壓元件如壓力開關換成壓力傳感器，加裝上相應的溫度傳感器感受室內(nèi)室外溫度，同時加上控制的ECU和執(zhí)行元件。

對于現(xiàn)設置的自動空調控制電路中一般會有壓力傳感器和溫度傳感器，可在此基礎上進行改進或改進設計，利用這些傳感器提供的信號同時加上控制的ECU和執(zhí)行元件，進行控制。設計思路如圖3所示。

制冷系統(tǒng)在首次或抽真空后加入適量制冷劑后，系統(tǒng)重新記時。同時記下當時正常制冷時高壓壓力和低壓壓力及靜態(tài)時壓力。當實時壓力低于規(guī)定值時，雖還能讓空調運行，在顯示屏顯示報警信息，同時觸發(fā)蜂鳴器。如靜態(tài)壓力進一步降低時，則發(fā)出指令，關閉設置的四4個電磁閥，斷開壓縮機控制電路，阻止壓縮機運轉，以預防制冷劑進一步泄漏。當維修工作人員發(fā)現(xiàn)泄漏處，處理后，重新加注制冷劑后，監(jiān)控系統(tǒng)又重新開始計時工作。

4.設計控制分析

利用信號處理電路對輸入信息進行分析處理，利用單片機或集成電路模塊控制輸出信號。而對制冷系統(tǒng)壓力的監(jiān)測可借鑒于輪胎胎壓監(jiān)測技術原理設計。防泄漏控制分析：制冷系統(tǒng)抽真空加注制冷劑到標準量值，正常運行時，按系統(tǒng)啟動鍵開始。根據(jù)壓力傳感器輸入信號，記錄制冷系統(tǒng)在正常運行時的高低壓壓力值和空調停止運行達到平衡狀態(tài)時的平衡靜態(tài)壓力。同時，記時器開始記時，每隔一定時間（幾小時或一天等）讀取相應實時數(shù)據(jù)，進行參數(shù)比較，判斷實時壓力是否小于初始壓力，如無壓力差，則顯示系統(tǒng)正常無泄漏；再與規(guī)定值比較，如未達規(guī)定值時則顯示正常無泄漏，如實時壓力值較低，且與初始數(shù)值的壓力差低于規(guī)定值時，則顯示系統(tǒng)有較嚴重的泄漏，提示檢漏，回收，同時觸發(fā)電磁閥，關閉管路通道，防止進一步泄漏；并停止壓縮機工作。待系統(tǒng)檢漏，加注完成后，控制系統(tǒng)又進行復位，重新記時。

結語

汽車空調制冷系統(tǒng)在正常運行時，在一定的制冷劑量時，根據(jù)發(fā)動機轉速不同會對應一定的高低壓壓力；在空調壓縮機停止運行時，制冷劑在制冷系統(tǒng)高低壓兩端會趨于一個靜態(tài)平衡狀態(tài)，達到平衡狀態(tài)后，此時的高壓和低壓力基本相等。此時的靜態(tài)壓力會因制冷劑的量不同而表現(xiàn)出不同的靜態(tài)壓力，利用差值法等方法將現(xiàn)有的靜態(tài)壓力與制冷劑量的關系，找出正常范圍內(nèi)任意一靜態(tài)壓力下的制冷劑量的數(shù)值。設計的控制系統(tǒng)根據(jù)檢測的溫度、靜態(tài)壓力等信號，獲取實時數(shù)據(jù)，進行修正，并進行實時比較，在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)靜態(tài)壓力明顯降低，并能判定系統(tǒng)存在不正常的泄漏時，將發(fā)出警報信息，并啟動電磁閥工作，防止制冷系統(tǒng)制冷劑進一步泄漏，提醒工作人員進行制冷劑的回收，制冷系統(tǒng)維修檢漏等維護保養(yǎng)工作。確保防止制冷系統(tǒng)零部件的進一步損壞，防止制冷劑的進一步泄漏而破壞大氣環(huán)境，同時也節(jié)約和有效使用資源。

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