某輕型客車壓縮機噴油故障分析及優化研究

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系統壓縮機噴油故障問題，利用環模試驗，分析該系統壓縮機噴油的根本原因是系統匹配設計問題，然后針對性地提出了改進措施，并通過整車環模試驗，驗證了其有效性。

空調系統；壓縮機噴油；壓力

目前絕大多數的汽車空調采用的都是蒸發-壓縮制冷循環系統。利用制冷劑由液態變為氣態時需要吸收汽化潛熱的原理，設計時希望蒸發過程一直持續到蒸發器的出口處，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制冷劑全部變成氣態，這樣是最理想的狀態。但實際這樣做非常危險，因為若不在蒸發器出口至壓縮機入口之間采取其他措施，未蒸發完全的液態制冷劑就會進入壓縮機從而造成“液擊”現象，損壞壓縮機。在蒸發-壓縮循環制冷系統中，必須禁止“液擊”現象的發生。

1 壓縮機噴油故障分析與研究

1.1 故障現象

該輕型客車空調系統為前后雙空調制冷系統，標配有頂置的蒸發器總成。在生產現場發現2臺該車型壓縮機出現噴油現象。故障車在下線路試發動機排尾氣工序過程中開啟了前空調，發動機轉速在4～5s時間內提升至4000r／min，該發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，發現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、空調系統零部件堵塞等故障、空調系統匹配設計問題（高低壓開關設定值不合理、冷凝器散熱能力不足、前空調風檔風速過低、前后膨脹閥匹配不合理等）、環境和操作的影響（空調系統內冷媒未汽化即開啟空調，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，吸氣側壓力突然下降，此時，壓縮機異常高速旋轉，溶解在油中的制冷劑會突然揮發出來，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生堵塞現象。初步判斷，在某種工況條件下，空調系統瞬間壓力過高導致壓縮機噴油。

首先，利用整車環模試驗模擬用戶的使用條件，來研究這個故障現象。經過試驗驗證，再現了故障，找到了壓縮機噴油的根本原因是空調系統匹配設計問題。由于系統匹配不合理，冷媒在頂置蒸發器總成內未充分蒸發，有液態制冷劑進入壓縮機，發生了“液擊”，產生瞬間高壓，導致壓縮機噴油。下面是對可能影響的因素進行逐一確認，并提出優化整改方案。

1.2.1 制冷劑加注量設計驗證

圖1為該車制冷劑加注量試驗曲線圖。從曲線上可以看出，當系統冷媒加注量大于1500g后，高壓會產生一個較大的突變，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，對空調系統的影響。

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

表1 系統壓力與出風口溫度測試

試驗結論：冷媒加注量大于1500g時，空調系統高壓會產生突變，存在風險。減少冷媒加注量到1400g，系統高壓正常，但是仍有噴油現象，故障率未下降，冷媒加注量不是噴油的主要原因。

1.2.2 冷凝器散熱能力設計驗證

前蒸發器總成和頂置蒸發器總成的換熱能力達到13kW，經試驗測試，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，具體試驗數據見表2。

表2 冷凝器換熱性能測試

1.2.3 整車環模試驗排查故障原因

通過環模試驗進行驗證，查找壓縮機噴油原因。

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

經過3次試驗，在第2次（更換了新壓縮機）時發生了噴油，故障再現。通過試驗數據分析，第1次（原車狀態）和第3次（更換新蒸發器）都有可能發生噴油的可能，可以得出以下結論：通過過熱度計算，前后空調最小檔，車速較高時，冷媒過熱度有為負的情況，即有液態冷媒進入壓縮機，會發生“液擊”，產生瞬態高壓，是導致壓縮機噴油的主要原因。再次驗證故障根本原因為系統匹配不合理，導致冷媒在頂蒸發器內未充分蒸發。

1.3 系統匹配設計問題排查及優化

針對系統匹配中各關鍵因素進行逐一確認，提出優化方案進行驗證。

1.3.1 高低壓開關設定值優化

根據表3中環模試驗的數據分析，在該環境溫度下，系統高壓較低，最大為1.5MPa，與壓縮機泄壓閥開啟值3.8MPa±0.3MPa相差很大，判斷系統壓力高不是發生噴油的主要因素。

該輕客系統高低壓力開關高壓斷開值設定為3.14MPa±0.2MPa，公差范圍內最大值為3.34MPa，系統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定為3.8MPa±0.3MPa，公差范圍內最小值為3.5MPa，因此高低壓力開關與壓縮機泄壓閥動作差值0.12～0.15 MPa。如果高低壓開關未產生動作切斷壓縮機，壓縮機的泄壓閥先開啟，就會產生壓縮機噴油的現象發生，因此需要更改高低壓開關的設定值。調整高低壓開關設定參數，將高壓斷開值由原來的3.14 MPa±0.2MPa調整為2.95MPa±0.2MPa。

1.3.2 優化空調控制器邏輯程序

該輕客雙空調系統，設計狀態為僅開啟前空調時，后空調不與前空調聯動，驗證前后蒸發器是否結霜，通過環模試驗進行確認。

表3 更換新壓縮機和新蒸發器系統壓力測試對比

圖2和圖3為該試驗系統壓力數據和出風溫度數據曲線圖。表4和表5分別為開啟前空調，后空調風量關閉和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，后空調風量關閉，試驗前后出風口風速對比表

從上述數據可以得出，空調系統低壓無下降趨勢，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%，綜合判斷頂蒸發器未見明顯結霜現象。但是為了降低系統瞬間壓力過高的風險，優化控制器邏輯程序，使后空調與前空調聯動工作，后空調風量開關默認最低風速。

表5 開啟前空調，后空調風量1檔，試驗前后機電流、出風口風速對比表

1.3.3 系統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。因發動機排尾氣工序的生產線距離冷媒充注工序不到10m，空調系統內冷媒剛充注完畢，壓縮機轉速瞬間非常高，前、后蒸發器冷媒未完全汽化，低壓管有液態冷媒進入壓縮機，而導致系統瞬間高壓，壓縮機泄壓閥開啟，致使噴油現象的發生。

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

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

針對上述疑問進行環模試驗，模擬車輛路試工況。

試驗工況：前空調鼓風機1檔、后空調鼓風機1檔，前空調鼓風機1檔、后空調鼓風機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，出現了噴油現象，再次驗證系統匹配問題是壓縮機噴油故障的根本原因。準確分析：壓縮機噴油現象出現在第1次前、后空調鼓風機均為1檔的試驗過程中，而第2次進行的前空調1檔、后空調0檔的工況雖然更為惡劣，卻未出現噴油現象，說明壓縮機噴油多為一次性噴油現象，與實際情況較為吻合。

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

對頂蒸發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℃，因此膨脹閥參數需優化。

1.3.4 膨脹閥參數設定優化

優化頂蒸發器膨脹閥參數，再次進行環模試驗。

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

分析所測試驗數據，更改膨脹閥參數后，頂蒸發器出口過熱度明顯改善。綜合該試驗數據，膨脹閥參數調整后，壓縮機“液擊”風險顯著降低。

2 環模試驗驗證

針對優化方案，通過環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）可明顯看出調整后高壓的波動范圍明顯減小，低壓明顯降低。

從空氣側降溫曲線（圖14）看，后蒸膨脹閥調整后，出風口溫度下降明顯。

2.2 結霜試驗

圖15為結霜試驗風速測試試驗數據曲線。從檢測數據來看，所有的數據變化都在可判定未結霜的范圍內。

3 結論

本論文通過大量的試驗，識別該空調系統噴油的系統匹配不合理的關鍵因素，并給出相應的整改方案。目前該整改方案已經落實，根據整改后實際的表現，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.汽車空調構造·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.帕薩特轎車空調出熱風問題試驗分析及改進措施［J］.制冷技術，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，從事汽車空調系統開發、設計工作；曹皇親（1980-），男，工程師，從事汽車空調系統開發、設計工作。