汽車總裝車間空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注品質(zhì)探析

摘要：汽車空調(diào)系統(tǒng)為乘員提供舒適的乘車環(huán)境，是衡量汽車功能是否齊全的標志之一。在車內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)過程中，需以冷媒為媒介進行溫度傳遞，因此冷媒加注一直是整車裝配過程中非常重要的工序。為了保證冷媒的加注品質(zhì)，整車總裝車間基本采用冷媒真空加注機完成加注工藝。從冷媒真空加注機設備的結構原理、加注品質(zhì)保證及常發(fā)不良影響因素等方面，對整車冷媒真空加注這一重要工序在汽車生產(chǎn)中的應用進行了系統(tǒng)介紹。

關鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；真空加注；冷媒

中圖分類號：U463.2" 收稿日期：2023-09-25

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.023

1 前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車得到了極大的普及，汽車的舒適性也獲得越來越多的關注，汽車空調(diào)將車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動控制在較好狀態(tài)，為乘員提供舒適的乘坐環(huán)境，減少旅途疲勞，為駕駛員創(chuàng)造良好的工作條件，確保了行車安全。而空調(diào)的良好運行有賴于系統(tǒng)內(nèi)冷媒的正常工作，各主機廠將空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注作為一類工序進行管控。

2 汽車空調(diào)系統(tǒng)冷媒應用概述

汽車空調(diào)系統(tǒng)是指能對車內(nèi)空氣進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，核心功能主要為車內(nèi)空氣制冷，制熱及循環(huán)過濾。在車內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)過程中，需采用冷媒進行溫度傳遞，當前主機廠汽車空調(diào)系統(tǒng)基本全部使用R134a冷媒。

空調(diào)系統(tǒng)除了調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度外，也可用于混動車型的電池系統(tǒng)冷卻。目前部分混合動力汽車，如廣汽傳祺的鉅浪混動（HEV）、比亞迪PHEV、寶馬PHEV等車型均采用冷媒直冷。空調(diào)直接冷卻，電池冷卻板相當于蒸發(fā)器，并聯(lián)在車載空調(diào)系統(tǒng)中。這種結構相比液冷更加簡潔，有利于降本和輕量化［1］。

2.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注方法

汽車生產(chǎn)普遍采用流水線生產(chǎn)模式，為保證汽車空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注品質(zhì)，達成線體節(jié)拍要求，加注工藝多采用負壓隨線加注設備。負壓隨線加注設備的冷媒加注工藝是利用設備高低壓端接頭與車輛空調(diào)系統(tǒng)進行連接，通過殘余壓力檢測、密封性檢測后，對車輛加注一定量冷媒，檢測加注量在設定范圍內(nèi)后，結束加注循環(huán)并記錄加注數(shù)據(jù)。圖1為汽車空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注設備動作流程圖。

2.2 冷媒加注設備結構原理

以廣汽乘用車有限公司總裝現(xiàn)場冷媒二合一加注機（兼容冷媒、防凍液加注）為例，加注機由移動單元、基本單元兩部分組成。

移動單元是指隨線體移動的設備模塊單元，一臺冷媒加注設備可配備多個移動單元，其數(shù)量主要取決于設備運行節(jié)拍及生產(chǎn)節(jié)拍。移動單元的功能是與車輛空調(diào)系統(tǒng)連接、完成真空密封性檢測及冷媒定量加注。真空檢測元件主要包含真空泵、真空檢測傳感器、高低壓端接頭、真空軟管、閥件；定量加注控制元件主要為質(zhì)量流量傳感器（見圖2）。

基本單元是指固定在線邊的設備模塊單元，其主要功能是為移動單元提供壓力穩(wěn)定、高純度的高壓液態(tài)冷媒。加注壓力控制元件主要包含增壓泵、蓄能器；加注純度控制元件主要包含干燥過濾器、氣液分離罐等［2］（見圖3）。

3 總裝車間冷媒加注質(zhì)量保證原理

為保證空調(diào)系統(tǒng)冷媒加注質(zhì)量，加注冷媒前需保證管路密封完好，冷媒加注時保證達到標準范圍的加注壓力、質(zhì)量及純度。

3.1 冷媒加注管路密封性保證

冷媒加注前需首先進行管路密封性檢測，以確保管路是否達到密封性要求?？蛙嚨热莘e較大的空調(diào)系統(tǒng)一般采用正壓、負壓結合檢測；轎車等容積較小的空調(diào)系統(tǒng)一般采用負壓檢測。公司以生產(chǎn)轎車、SUV、MPV車型為主，管路密封性檢測采用負壓檢測方式。

負壓檢測原理：真空加注設備在對整車管路系統(tǒng)進行抽真空的過程中，實時檢測系統(tǒng)壓力變化情況，并根據(jù)設定的抽真空時間及壓力限值對管路系統(tǒng)的密封性進行判斷，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的負壓密封性檢測（見圖4）。

整個負壓真空檢測過程分為動態(tài)檢測和靜態(tài)檢測兩個部分。動態(tài)檢測主要針對較明顯的泄漏進行檢測，靜態(tài)檢測主要是為了提高對小泄漏判斷的準確性，其區(qū)別在于真空泵是否對系統(tǒng)管路發(fā)生作用，即真空泵與整車系統(tǒng)管路間的閥門是否打開（見圖5）。

3.2 冷媒加注純度要求保證

空調(diào)系統(tǒng)中加注冷媒不應含有空氣及水份（lt;0.01%），否則會導致空調(diào)壓力過高，同時發(fā)生冰堵現(xiàn)象，大大減少壓縮機的使用壽命。

a.冷媒純度保證方法。在冷媒加注設備輸出端通過密封性檢測過程中抽真空，排空空氣及水分；輸入端通過干燥過濾器吸收冷媒中水分，氣液分離罐及排氣閥將冷媒中的空氣排除。

b.氣液分離工作原理。氣液分離罐內(nèi)置有浮球液位開關用于檢測液體高度，在高壓狀態(tài)下冷媒為液態(tài)，由于空氣質(zhì)量大于液態(tài)冷媒質(zhì)量，罐內(nèi)空氣上浮，當液面低于一定位置使浮球液位開關觸發(fā)時，會通過電磁排氣閥進行放氣，排出罐內(nèi)空氣（見圖6）。

3.3 冷媒加注壓力要求保證

在冷媒加注過程中，加注壓力需在12～17 MPa之間，因此設備端設定壓力一般為（1.5±0.2）MPa，以測試冷媒系統(tǒng)耐壓能力及保持冷媒為液態(tài)狀態(tài)加注。

冷媒加注設備加注壓力保證系統(tǒng)由增壓、穩(wěn)壓、壓力檢測三部分組成，增壓、穩(wěn)壓功能由基本單元增壓泵及蓄能器組合實現(xiàn)，壓力檢測功能由移動單元壓力檢測傳感器實現(xiàn)。

a.冷媒加注增壓過程。增壓泵（見圖7）利用低壓氣體驅動大面積活塞側，在小面積活塞上產(chǎn)生高壓，搭配4個單向閥，通過往復運動可抽取冷媒罐中冷媒并完成增壓，其輸出壓力可通過驅動氣壓無級調(diào)節(jié)。

b.冷媒加注穩(wěn)壓過程。增壓泵每次泵送壓力不穩(wěn)定，為保證供給冷媒壓力穩(wěn)定性，需增設蓄能器。蓄能器利用氣體的可壓縮性，預充一定壓力的氮氣，當泵送壓力升高時，冷媒進入蓄能器，氣體被壓縮；當泵送壓力下降時，壓縮氣體膨脹，冷媒壓入回路（見圖8）。

c.冷媒加注壓力檢測過程。PLC通過壓力檢測傳感器（見圖9）檢測讀取加注管路壓力，由內(nèi)部程序實現(xiàn)加注壓力判斷，當加注過程中壓力不在允許范圍內(nèi)時，設備會報警提示并停止加注進程。冷媒加注設備壓力檢測元件一般采用的是電容式陶瓷壓力傳感器，壓力變化會改變陶瓷膜片弧度影響電流，電流變化通過模擬量模塊傳入PLC，經(jīng)過模擬量計算得出實際壓力值。

3.4 冷媒加注質(zhì)量要求保證

冷媒加注設備根據(jù)工藝下發(fā)的技術更改指示書設置各車型加注量及加注公差。

冷媒加注設備通過掃描槍讀取產(chǎn)品車MTOC碼以識別加注車型，調(diào)取車型加注參數(shù)進行加注，再通過質(zhì)量流量計控制實際加注流量，并在加注量異常時進行報警提示。

冷媒加注量計量原理：質(zhì)量流量計測量系統(tǒng)基于科氏力原理進行測量，科氏力是在旋轉運動系統(tǒng)中，做直線運動的物體所受到的力

[FC=2?m（v·ω）]

Fc科氏力大小取決于運動物體的質(zhì)量[?m]和其徑向速度[v]，還取決于物體的質(zhì)量流量，質(zhì)量流量計使用測量管的振動替代旋轉系統(tǒng)的恒定角速度[ω]。當介質(zhì)流經(jīng)測量管時，振動的測量管會受到科氏力的影響產(chǎn)生形變，從而導致測量管兩端產(chǎn)生相位差，相位差電信號轉化為模擬量輸入PLC中，通過程序公式計算得出冷媒加注量（見圖10）。

4 空調(diào)系統(tǒng)品質(zhì)異常設備因素分析

冷媒真空加注是總裝車間最為復雜的工藝之一，在實際使用中要特別注意設備的維護保養(yǎng)。真空加注效果受諸多因素影響，情況復雜，對各影響因素進行充分識別并使之受控是提高冷媒加注品質(zhì)的必要前提。設備方面的主要影響因素及常發(fā)故障主要表現(xiàn)為密封性異常及加注量異常。

4.1 密封性異常因素分析

a.真空泵抽空能力變化。目前設備使用萊寶旋片式真空泵，真空泵本體出現(xiàn)異常會影響真空性能。同時真空泵內(nèi)需添加一定量潤滑油，若潤滑油油質(zhì)或者油量不滿足要求時，也會影響真空性能，需對潤滑油液位及油質(zhì)進行監(jiān)控，及時補加或更換。

b.高低壓端接頭密封失效。加注頭每天成百上千次的夾緊動作，造成加注頭密封圈磨損，同時受加注冷媒長期低溫影響，加速了密封件老化，必須對密封件及接頭定期更換，避免密封不良問題。

c.設備自身管路發(fā)生泄漏。設備使用過程中，部分軟管連接部分反復受到拉扯、扭曲等外力作用，導致管路破損或老化泄漏。

d.真空閥件卡阻。設備使用過程中，真空閥件需頻繁打開關閉，需及時補充潤滑；同時密封圈及閥件本體會產(chǎn)生不可逆的磨損，需定期檢查及更換。

e.真空傳感器零點漂移。該現(xiàn)象會導致設備反映的系統(tǒng)壓力數(shù)值失真，易對整車管路密封性造成錯誤判斷，必須定期對真空傳感器進行校準。

4.2 加注量異常因素分析

a.增壓泵密封異常、卡阻或損壞。增壓泵作為加注執(zhí)行元件，故障后會導致加注功能異常，增壓泵需進行定期潤滑，以避免增壓泵卡阻，導致冷媒補液泵送異常。增壓泵密封圈需定期更換，以避免增壓泵本體泄漏，導致冷媒加注異常。

b.高低壓端接頭頂針失效。加注頭頂針通過插接車輛接口打開，頻繁插接過程中容易引發(fā)頂針損壞，單向閥無法打開，導致冷媒無法加注。須對高低壓端接頭定期檢查更換，避免加注不良問題。

c.設備自身管路發(fā)生泄漏。設備使用過程中，部分軟管連接部分反復受到拉扯、扭曲等外力作用或受冷媒長期低溫影響，導致管路破損或老化破損。

d.設備加注閥件卡阻。設備使用過程中，加注閥件需頻繁打開關閉，需及時補充潤滑。同時密封圈及閥件本體會產(chǎn)生不可逆的磨損，需定期檢查及更換。

e.設備質(zhì)量流量計零點漂移。該現(xiàn)象會導致設備反映的加注量數(shù)值失真，易對整車管路加注量造成錯誤判斷，必須定期對質(zhì)量流量計進行校準。

5 冷媒加注設備故障排查方法優(yōu)化

冷媒加注設備密封及加注控制元件眾多，且整體管路跨度大，出現(xiàn)密封性異?；蚣幼⒘慨惓r排查難度高，通常需采用系統(tǒng)性排查方法進行逐一排查，排查效率低，修復時間長。為提升故障恢復效率，需對現(xiàn)有排查方法進行優(yōu)化。

5.1 密封性異常故障排查方法優(yōu)化

冷媒加注設備密封性異常故障通常是由于管路密封性不好，真空泵能力異常等原因導致。

密封性異常的系統(tǒng)性排查方法是指從高低壓端接頭開始，利用各位置真空控制閥形成局部密封效果，自下而上地通過真空測試方法逐段檢測真空元件真空能力。其優(yōu)點是檢測覆蓋范圍全面，無疏漏，若故障元件在管路前端，則故障恢復時間短。但缺點也非常明顯，故障元件在末端時，排查時間將會達到30 min以上，嚴重影響生產(chǎn)（見圖11）。

通過對排查流程進行分析，排查方式仍然使用真空局部檢測，但從管路中端進行分界同步測試，即分界排查法，整體排查效率將會有顯著提升。將冷媒加注設備真空系統(tǒng)以三聯(lián)閥組為分界點分為兩個部分，通過控制三聯(lián)閥組真空閥進行真空測試，可直接驗證整個加注槍部分真空能力，同時真空泵位置可同步利用外置真空傳感器進行測試，從而快速判斷整個系統(tǒng)故障發(fā)生部位并進行修復，整體判斷流程如圖12所示。

5.2 加注量異常故障排查方法優(yōu)化

冷媒加注設備加注量異常故障通常是由于控制閥未打開、管路破損、柱塞泵異常等原因導致。系統(tǒng)性排查法是從加注槍端開始自下而上進行排查，在完成移動單元狀態(tài)確認后再排查機柜管路。其優(yōu)缺點與密封性異常系統(tǒng)性排查方法相同。

通過對排查流程進行分析，可將移動單元及基本單元作為獨立整體，實現(xiàn)快速排查優(yōu)化：加注槍管路與機柜管路兩回路互不影響，可通過觸摸屏控制兩回路元件動作，同時進行排查，節(jié)約排查時間（見圖13）。

6 結語

冷媒的良好加注對整車空調(diào)系統(tǒng)性能的正常發(fā)揮至關重要，而冷媒加注品質(zhì)受到產(chǎn)品結構、設備結構及能力、零部件狀態(tài)、工藝參數(shù)甚至生產(chǎn)環(huán)境等諸多方面的影響，給提升冷媒的品質(zhì)保證能力帶來了極大的挑戰(zhàn)。這就要求我們必須從工藝規(guī)劃、設備規(guī)劃直至產(chǎn)品批量生產(chǎn)過程中的設備管理、計量管理、工藝管理和質(zhì)量管理等方面對上述影響因素采取必要的技術手段及管理措施，做到各影響因素的有效受控，為產(chǎn)品質(zhì)量的過程控制提供有力保障。

參考文獻：

［1］蘇鵬.整車管路系統(tǒng)負壓密封性檢測［J］.AI汽車制造業(yè)，2018（2）：22-27．

［2］何志遠.淺談制動液真空加注在總裝工藝中的應用［J］.汽車零部件，2016（7）：66-67.

作者簡介：

謝衛(wèi)林，男，1982年生，整車制造一部副部長，研究方向為整車生產(chǎn)制造、技術管理等。