基于汽车空调制冷剂泄漏预防的设计研究

蒋晶++毛萍

摘 要：调查发现，目前对汽车空调制冷剂的泄漏及影响等问题还没有较完善的预防控制措施。本文通过分析汽车空调制冷剂泄漏的情况，针对目前的手动空调和自动空调系统进行了相应预防控制的设计方案，并通过试验验证其可操作性及研究价值，为汽车制造和生产厂家在今后汽车空调制冷剂的泄漏预防设计改进及汽车空调加装等方面提供了极好的参考价值。

关键词：汽车空调；制冷剂；泄漏；预防；控制

中图分类号：TB657 文献标识码：A

1.汽车空调制冷剂常见泄漏现象及其危害

汽车空调制冷系统一般是由管路把空调压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀（或膨胀管）蒸发器这几大主要部件连接起来的封闭循环系统。这种压缩式循环制冷系统的原理是让制冷剂在制冷管路循环中流动，通过制冷剂在蒸发器吸热并将热携带到冷凝器散热，把热传出车厢外，从而达到制冷的目的。这些组成部件中，压缩机、压力开关连接处、蒸发器、储液罐及管路连接处是常见的泄漏部位。

由于制冷系统是封闭的循环系统，制冷剂和冷冻机油能在其中循环地流动是可制冷的关键，所以对循环系统的密封性要求非常高，如果系统中任何一部位有泄漏，则制冷系统将迟早会出现故障。如果是微小的泄漏，则制冷系统会慢慢地表现出制冷效果不良的故障现象，久而久之就会出现汽车空调不制冷的现象。

不管是怎样的泄漏现象，如果不加以预防控制，其结果是导致空调不能正常工作，从而造成资源的浪费，也影响车辆的舒适性。此外，让人察觉不到的是泄漏出的制冷剂排入到大气中，会产生温室效应，更严重的是一些车辆还在悄悄地使用R12的成分，这些成分如泄漏到大气中，就会破坏臭氧层，造成较严重的环境污染。

汽车空调制冷剂的泄漏不仅会引发汽车空调故障，而且还会给大气环境造成危害，因而预防和控制制冷剂的泄漏显得相当重要。

2.现有汽车空调制冷剂泄漏的应对策略

汽车空调常见的故障表现为汽车空调不制冷，间歇制冷，制冷效果不良，有异响噪音等，而汽车空调的许多故障大都是由制冷剂泄漏引起的，因而对汽车空调的维修作业很大一部分是检漏，查漏。为了能找出相应的泄漏部位而研发出了一些专用的检漏设备和检漏方法，如电子检漏仪、荧光检漏仪、加压检漏、泡沫检漏等。一般来说，如果制冷系统存在泄漏，泄漏较缓慢时，还不会影响到制冷效果时一般人们不会去注意，到了影响到制冷效果时，便会去检查了，检查到有泄漏点时，许多修理厂会采取将管路的制冷剂排空处理，然后更换部件，再检漏，如没明显泄漏了，就再加注制冷剂。也有一些车主如不需用到空调，会到了制冷剂全泄漏完了，才会处理其空调系统的泄漏问题。有的维修厂家根本找不出泄漏原因，泄漏完了再加，反反复复，他们以为因加一次制冷剂不需要太多的经济成本，顾客是可以接受的。这些应对策略，都是较被动地应对制冷剂泄漏的处理方式，无形中造成了资源损失，带来了环境影响。如果有一种具备预防泄漏的更节能环保的控制装备或系统，就会更受欢迎。

3.关于制冷剂的泄漏预防控制设计

在汽车空调制冷剂泄漏的初始过程中，如果能被察觉出，并能发出警报信号，中止制冷剂的泄漏，并能及时用冷媒回收加注机将管路中的制冷剂回收起来，便可减少制冷剂的泄漏排放，降低资源损失，减少对环境污染。

3.1 设计原理

相关研究试验表明，汽车空调压缩机吸气压力与温度及压缩机排气压力与排气温度是反映制冷剂量的大小的重要参数，通过试验可寻找到压力与制冷剂量之间的变化关系。制冷剂的量与制冷系统的高、低压压力有关，他们之间的关系如图1、图2所示。

根据图1与图2坐标系内的离散点，运用线性插值法，可以求出吸气压力在0.197059MPa～0.221176MPa范围内的任意压力所对应的R134a的制冷剂含量，以及排气压力在1.4MPa～2.3MPa范围内任意压力时的制冷剂的量。同理，在达到制冷系统运行条件情况下，一定制冷剂的量在制冷系统达到静止平衡状态时会对应一定的静态压力值，可测试出在制冷系统能运行的情况下，制冷剂量从高到低所对应的静态压力值数据。同样根据所得数据的离散点，运用线性插值法，可求出静态压力在正常范围内的任意压力所对应的系统所含有R134a制冷剂的含量。根据相关规定，当系统根据压力计算出的制冷剂含量的差值超过14.2g每年时，即泄漏量每年超过这数值时测认为超规定值应触发相应的预警反应。（由于分子运动，因而系统会存在微小的渗漏是正常允许的）

3.2 设计方法

现设置的手动空调控制电路中几乎无压力传感器和温度传感器，但定会有简单的感温感压元件。可把感压元件如压力开关换成压力传感器，加装上相应的温度传感器感受室内室外温度，同时加上控制的ECU和执行元件。

对于现设置的自动空调控制电路中一般会有压力传感器和温度传感器，可在此基础上进行改进或改进设计，利用这些传感器提供的信号同时加上控制的ECU和执行元件，进行控制。设计思路如图3所示。

制冷系统在首次或抽真空后加入适量制冷剂后，系统重新记时。同时记下当时正常制冷时高压压力和低压压力及静态时压力。当实时压力低于规定值时，虽还能让空调运行，在顯示屏显示报警信息，同时触发蜂鸣器。如静态压力进一步降低时，则发出指令，关闭设置的四4个电磁阀，断开压缩机控制电路，阻止压缩机运转，以预防制冷剂进一步泄漏。当维修工作人员发现泄漏处，处理后，重新加注制冷剂后，监控系统又重新开始计时工作。

4.设计控制分析

利用信号处理电路对输入信息进行分析处理，利用单片机或集成电路模块控制输出信号。而对制冷系统压力的监测可借鉴于轮胎胎压监测技术原理设计。防泄漏控制分析：制冷系统抽真空加注制冷剂到标准量值，正常运行时，按系统启动键开始。根据压力传感器输入信号，记录制冷系统在正常运行时的高低压压力值和空调停止运行达到平衡状态时的平衡静态压力。同时，记时器开始记时，每隔一定时间（几小时或一天等）读取相应实时数据，进行参数比较，判断实时压力是否小于初始压力，如无压力差，则显示系统正常无泄漏；再与规定值比较，如未达规定值时则显示正常无泄漏，如实时压力值较低，且与初始数值的压力差低于规定值时，则显示系统有较严重的泄漏，提示检漏，回收，同时触发电磁阀，关闭管路通道，防止进一步泄漏；并停止压缩机工作。待系统检漏，加注完成后，控制系统又进行复位，重新记时。

结语

汽车空调制冷系统在正常运行时，在一定的制冷剂量时，根据发动机转速不同会对应一定的高低压压力；在空调压缩机停止运行时，制冷剂在制冷系统高低压两端会趋于一个静态平衡状态，达到平衡状态后，此时的高压和低压力基本相等。此时的静态压力会因制冷剂的量不同而表现出不同的静态压力，利用差值法等方法将现有的静态压力与制冷剂量的关系，找出正常范围内任意一静态压力下的制冷剂量的数值。设计的控制系统根据检测的温度、静态压力等信号，获取实时数据，进行修正，并进行实时比较，在规定时间内发现静态压力明显降低，并能判定系统存在不正常的泄漏时，将发出警报信息，并启动电磁阀工作，防止制冷系统制冷剂进一步泄漏，提醒工作人员进行制冷剂的回收，制冷系统维修检漏等维护保养工作。确保防止制冷系统零部件的进一步损坏，防止制冷剂的进一步泄漏而破坏大气环境，同时也节约和有效使用资源。

参考文献

[1]王力.汽车空调泄漏故障的分析与检修[J].学园：学者的精神家园，2014（17）：168-169.

[2]杨峥.浅谈汽车空调系统常见故障的排除方法[J].黑龙江科技信息，2016（4）：119.

[3]江宜春.基于实车台架的车用空调系统制冷剂量译注试验研究[J].制冷与空调，16（1），2016：58-60.

[4]秦秀常.胎压监测系统（TPMS）的研究与设计[D].四川：电子科技大学，2014.