汽車空調用熱力膨脹閥關鍵性能指標檢測方法探討

丁浩 來雨霏

摘要：熱力膨脹閥在汽車空調系統中起著重要的作用，是制冷系統中關鍵部件之一，其質量好壞直接影響整個制冷系統的運行性能，對空調系統的運行壽命、制冷效果、運行成本具有重要的意義。本文針對汽車空調用熱力膨脹閥過熱度、閥口泄漏、氣密性及耐久性等4個關鍵性能指標進行分析，并研究探討相應的檢測方法，為提升熱力膨脹閥的整體質量水平，開展政府監管提供了必要的技術手段和基礎。

關鍵詞：熱力膨脹閥；汽車空調；制冷系統

引言：

隨著家用汽車的普及，為滿足人們對于汽車舒適性的不斷追求，作為汽車車內環境舒適性重要調節裝置的汽車空調系統，為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制等功能，已經成為現代汽車的標準配置，成為不可或缺的部件。因此汽車的高速增長，必然帶來了汽車空調行業的高速增長。熱力膨脹閥是汽車空調的重要零部件，能對空調中的制冷劑流量加以控制，起到節流、降壓、調節制冷劑流量等作用，其性能好壞直接影響整個制冷系統的正常運行。目前國內現有的膨脹閥性能檢測方法還存在諸多不足之處，難以適應膨脹閥生產測試的需求，因此亟需研究熱力膨脹閥關鍵性能測試方法，為膨脹閥的產品質量控制及改進提供必要的技術手段。

一、熱力膨脹閥的工作原理

汽車空調主要由四個主要部件壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，及其部分其它附件制冷劑、儲液器、干燥瓶、連接管道、電機、控制系統等組成。在汽車制冷系統中四個基本設備中，熱力膨脹閥體積最小，但不可或缺，作用同樣巨大，質量狀況直接決定整個制冷系統的運行性能，對制冷設備的運行壽命、節約能源、降低運行成本等有著重要的意義[1，2]。

熱力膨脹閥通過感溫包感受蒸發器出口端過熱度的變化，導致感溫包內充注的制冷劑產生壓力變化，壓力的作用導致膜片產生彈性變形，并作用于傳動膜片上，促使膜片形成上、下位移，將力傳遞給傳動桿從而推動閥針上下移動，使閥門關小或開大，起到降壓、節流作用，此外還能自動調節蒸發器的制冷劑供給量，保持蒸發器出口端為設定的過熱度，使蒸發器熱交換面積得到充分作用，以及減少液擊沖缸現象的發生，可見熱力膨脹閥主要功能是：節流、調節和控制，同時它還有防止液擊和濕壓縮及異常過熱的功能。

熱力膨脹閥由感應機構、執行機構、調整機構和閥體組成，基本結構如圖1所示，其動作原理如圖2所示。感溫包感受到蒸發器出口溫度后，使整個感應系統處于對應的飽和壓力P1，該壓力將通過膜片傳給頂桿直到閥芯。在壓力腔上部的膜片僅有P1存在，而膜片的下方則有調整彈簧的彈簧力F和蒸發壓力P2，三者處于平衡時有P1=P2+F。當蒸發器熱負荷增大時，出口過熱度偏高，P1增大，P1>P2+F，合力使頂桿、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，制冷劑流量按比例增加。反之，熱力膨脹閥開啟變小，制冷劑流量按比例減小。因此，空調設備就可以由熱力膨脹閥通過控制過熱度實現制冷系統的自我調整。

二、熱力膨脹閥的關鍵性能指標

汽車空調用熱力膨脹閥的過熱度、閥口泄漏、氣密性、耐久性能是評估熱力膨脹閥性能的重要指標[3]。（1）過熱度，熱力膨脹閥感溫包溫度與閥出口或平衡管接頭處（設計時）壓力所對應的制冷劑飽和溫度之差。過熱度的大小可直接反映出蒸發器其蒸發面積的利用率，如果一個熱力膨脹閥運行中能使該處的過熱度小，則表示蒸發面積的利用率高，也就是制冷效率高，假如該處的過熱度甚至為零，那么這蒸發器的蒸發面積利用率達到100%，相對來說就是制冷的時間會更短。靜止過熱度是熱力膨脹閥從關閉狀態到開始開啟點的過熱度，該過熱度是打開閥必須具有的最小過熱度。保證熱力膨脹閥工作在最佳匹配點，就必須保證熱力膨脹閥有合適的過熱度，制冷系統才能達到最大冷量。因此過熱度對熱力膨脹閥的性能有著重要影響；（2）閥口泄漏，閥口泄漏是檢測閥口關閉的緊密程度。熱力膨脹閥的閥口若密封不嚴，在出口側管路關閉的情況下，制冷劑可能會通過閥門泄漏，造成正常工作時過熱度過低。（3）氣密性，熱力膨脹閥的氣密性是由閥內部向外部泄漏的制冷劑量，氣密性分為出口側氣密性和進口側氣密性。若氣密性不符合要求，熱力膨脹閥在工作時可能出現制冷劑泄漏，影響制冷效果；（4）耐久性，熱力膨脹閥的耐久性即其工作壽命，由于熱力膨脹閥在工作狀態下運動部件閥桿會根據溫度變化不斷調整開度。長期使用后，熱力膨脹閥的膜片、傳動片和傳動桿運動部件可能出現磨損，抗疲勞能力下降。膜片長期受到壓力后容易出現開裂失效，閥口磨損導致泄漏量超標。耐久性能直接關系到汽車空調系統的穩定性和工作壽命。

三、關鍵性能指標的檢測方法分析

國內現行的汽車空調用熱力膨脹閥標準主要有QC/T663-2000《汽車空調用熱力膨脹閥》和JB/T3548-91《制冷用R12、R22、R502熱力膨脹閥》，這兩份標準制定的時間較早，有些技術內容以及難以適應現在熱力膨脹閥產品的發展現狀。目前從事汽車空調用熱力膨脹閥檢測研究的機構較少，大多數只針對汽車空調整機進行測試。有實力從事熱力膨脹閥研究的企業更少，國內的研究機構主要專注于熱力膨脹閥的結構設計，對其性能測試較少[4，5]。本文基于汽車空調用熱力膨脹閥的實際行業現狀，在綜合分析國內外先進汽車空調用熱力膨脹閥標準規范的基礎上，針對影響熱力膨脹閥性能的過熱度、閥口泄漏氣密性和耐久性等關鍵性能指標開展了檢測方法研究，主要包括以下幾個方面：

（一）基于流量的熱力膨脹閥過熱度檢測方法

現有熱力膨脹閥標準在檢測過熱度時，采用了出口壓力判斷閥口開度大小的原理，這種方法存在對開度變化不敏感、反映不直觀等不足。本研究通過熱力膨脹閥平衡部入口減壓閥，調節出不同的外平衡進氣壓力，測量不同外平衡壓力下的流量，采集實驗數據，通過分析挖掘出流量與容積及流量與壓力之間的對應關系，從而確定不同工況下外平衡壓力加壓參考值。進一步挖掘氣體流量和容量之間的內在關聯規律，建立流量法和壓力法之間的數值關系。

（二）基于差壓法的熱力膨脹閥內漏檢測方法研究

內漏是熱力膨脹閥一個重要的性能指標，基于差壓傳感器靈敏度遠遠大于現有壓力測試靈敏度的特點，差壓法可大大縮短測試時間、增加測試精度。測試中先關閉排氣閥，延時保證閥口關閉后關閉對比閥，作為基準壓力差，再延時一定時間，讀取差壓計得到泄漏增加量。通過歸納分析管道容積、時間與差壓的數據，挖掘出最優管道、最優時間下的差壓泄漏優化檢測方法。

（三）基于同壓錯時法的熱力膨脹閥外漏檢測方法研究

現有標準中熱力膨脹閥外漏指標主要采用水檢方式，這方法存在以下缺點：冷媒側通高壓，平衡部端通低壓，高低壓兩路模式造成管路復雜，尤其實際測試中容易通過傳動桿竄到一起，進而損壞測試夾具?；趯嶋H的測試需求，研究通過控制冷媒進氣口和外平衡進氣口的電磁閥來控制著兩端進氣的順序，然后測量不同延遲時間下外漏量，通過分析挖掘這些數據優化外漏檢測中合理的壓力設置及管道布置方式。

（四）高效熱力膨脹閥耐久性檢測方法研究

在研究國內外熱力膨脹閥耐久性檢測標準的基礎上，研究了不同變化頻率、不同壓力曲線形狀、保壓時間因素等對膜片壽命的影響，并且在耐久性檢測過程中增加出口壓力檢測來輔助判斷產品耐用極限。

四、結論

熱力膨脹閥作為汽車空調的重要零部件，其性能對汽車空調效果有著重要影響。國內生產的熱力膨脹閥的調節性能、穩定性、壽命等關鍵性能指標落后于國外，基本屬于低端產品。亟需研究熱力膨脹閥關鍵性能測試方法，為膨脹閥的產品質量控制及改進提供必要的技術手段。本文在綜合分析國內外先進汽車空調用熱力膨脹閥標準規范的基礎上，針對影響熱力膨脹閥性能的過熱度、閥口泄漏、氣密性、耐久性等關鍵性能指標開展檢測方法研究，研究的檢測方法為國內熱力膨脹閥生產企業的設計制造提供重要的參考依據，可以促進汽車空調熱力膨脹閥行業整體質量提升和健康發展。同時也為政府監管提供了必要的技術支撐。

參考文獻：

[1] 章嘉瑞，顧其江，鄧永林.H型汽車空調節流膨脹閥的研究與改進，制冷與空調[J]，2005，5（5），69-72.

[2] 楊建中，鄧永梓，楊英俊.H形汽車空調節流膨脹閥改進閥門，2001（3），39-41.

[3] QC/T 663-2000 車空調用熱力膨脹閥[S]，北京：國家機械工業局，2000.

[4] 郭傳欣，李征濤，葉學敏，等.H型汽車空調用熱力膨脹閥開度試驗臺的研制[J].2009，9（2）：50-52.

[5] 徐朋朋，蔡晉輝，姚燕，等.熱力膨脹閥過熱度自動檢測系統，中國計量學院學報[J].2010，21（1）：16-19.

（本文受2012C23038浙江省科技計劃項目資助）