空調電動水閥可靠性改進及提升*

徐 龍，袁 麗，張浩繁，樊龍飛，武 邁

(陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200)

0 引 言

近年來，隨著國內公路運輸如快遞運輸、綠通運輸、煤炭運輸、危化品運輸、城建渣土等的快速發展，商用車的市場需求呈爆發增長的狀態。在2019年和2020年兩年，中國地區的商用車銷量從432.5萬輛增長到513.3萬輛，銷量同比增幅18.7%，這一結果表明國內商用車的使用量需求很大且呈快速增長趨勢。商用車的大量使用在加快經濟發展的同時也給運輸行業帶來了翻天覆地的變化。商用車在近距離和遠距離的公路運輸上具有價格低廉、高效率、不受運輸地域影響等方面的優勢，這些優勢也是商用車發展快速的重要原因。商用車的快速發展帶來了技術的革新、駕駛安全性能保證和舒適性能的提升。國產商用車發展在技術上已經達到了可以與國外產品相媲美的局面，同時相比進口商用車(例如奔馳商用車、沃爾沃商用車等)國產商用車具有價格低廉的優勢，國內很多客戶群體在買車的時候都會選擇國產商用車，促就了國產商用車一片繁榮的景象。當達到技術壁壘時，為了搶占更多的國內市場，國產商用車的各大主機廠開始向多方面發展方向推進，全力提升車輛駕駛安全性能和駕駛舒適性能，已成為主流趨勢，這就出現了具有家一樣溫馨的商用車的誕生；此外客戶對車輛感官體驗的要求越來越高。這些感官體驗就包含車輛動力、舒適性和操作性等。車輛空調系統是車輛重要功能之一，是車輛在運行過程中駕駛員的舒適感的重要保障。

商用車和乘用車的空調系統主要是由制冷系統、暖風系統、空氣凈化裝置及控制系統組成，其中汽車暖風系統工作原理是將冷空氣吹到熱交換器表面，冷空氣進行熱交換后重新導入到駕駛室內，從而達到提高駕駛室內溫度的目的。此外暖風系統可實現供暖、除霜、調節溫度與濕度等功能，是現代商用車配置中不可或缺的重要組成部分。

這三個系統對冬季車輛運行過程中駕駛室內保溫，夏季車輛運行過程中駕駛室內降溫以及保持駕駛室內空氣清新有著重要的作用。但是，近兩年來，商用車冬季運行時暖風效率低和暖風上風來時間長等問題頻繁出現。

筆者空調暖風系統的工作以原理及失效問題為研究方向[1-4]，對整車的空調暖風系統進行全面的分析和改進，解決現存問題，提升車輛制造質量及運行的可靠性。

1 問題概述

在2019年～2020年期間，某汽車主機廠售后反饋空調暖風系統存在暖風效率低、暖風上風時間長等問題。深入分析發現空調暖風系統的失效和某型號電動水閥存在一定的關聯，此外該型號的電動水閥故障件數量和售后索賠一直處于居高不下的狀態，給企業帶來了嚴重的損失。在2021年該型號的電動水閥的故障件數量仍呈上升的趨勢，因此空調暖風失效帶來的嚴重問題需要盡快解決。為深入探究汽車空調暖風的失效和電動水閥之間的關系，該商用車主機廠對返回的電動水閥舊件進行試驗檢測，檢測結果顯示80%的故障零件的故障未再現，這一結果表明空調暖風失效可能存在別的原因。為更深層地分析并解決空調暖風失效的問題，文中將從電動水閥失效件的失效模式出發，結合電動水閥的實際裝車狀態和空調暖風系統的工作原理[2-5]，對整車的空調暖風系統進行全面的分析和改進，結果表明改進效果明顯。這不但降低了企業的售后損失，而且也提升了車輛在售后市場的口碑。

2 問題分析與解決措施

2.1 問題分析

汽車空調暖風系統的溫度調節一般分為兩種，一種是空氣混合型，這類暖風系統是在氣道中安裝混合調節風門，風門可以控制通過加熱器芯的空氣和不通過加熱器芯空氣比例來實現溫度調節；另一種是水流調節型，這類暖風系統通過調節經加熱器芯的熱水量改變加熱芯本身溫度，進而達到調節溫度的目的，文中改進的暖風系統中電動水閥的溫度調節屬于水流調節型。水流調節型的暖風系統大多數被用于商用車，商用車水流型調節的暖風系統的具體工作原理是利用發動機處散發的熱量進行暖風循環，首先冷卻液與發動機進行熱交換，然后將熱交換后的冷卻液輸送至暖風系統中的熱交換器(一般稱為暖風小水箱)，同時鼓風機會將送來的空氣送到暖風小水箱再次進行熱交換，最后加熱的空氣通過鼓風機出風口送入車內來實現駕駛室內的暖風調節。在這一熱交換過程中電動水閥的主要作用是接受到溫度傳感器的信號后打開電動水閥實現冷卻液在暖風系統循環。

對售后舊件進行系統地分析后發現，電動水閥主要的故障模式是漏液和電動水閥不工作，主要失效原因是以下4點：①進水管和出水管與電動水閥連接處膠管的熱膨脹系數不同，在溫度變化時不同形變量導致產生配合間隙從而引起漏液問題；②電動水閥支撐座尺寸偏小導致密封不良引起漏液問題；③電動水閥進水管和出水管的管壁太薄，在受較大應力后會使管口破損從而引起漏液問題；④對售后舊件進行故障再現測試，測試結果顯示80%售后舊件在復檢過程中故障不再現。

2.2 解決措施

失效點1：如圖1所示，暖風膠管和電動水閥進水口和出水口材質存在差異，熱膨脹系數存在差異，在長期溫度變化下膠管和電動水閥進水口、出水口反復不同步膨脹和收縮，因配合間隙差異導致滲漏防凍液現象；此外反復也熱脹冷縮現象也會導致一般卡箍的緊固力的衰減從而出現滲漏防凍液現象，這種情況下需要人工的二次緊固，操作比較麻煩且可靠性低。

圖1 連接處泄漏失效圖

改進措施：將連接處的一般卡箍改為板式卡箍，板式卡箍可以有效填補因膠管與進水口和出水口膨脹收縮引起的配合間隙差異所帶來的漏液問題，是有效防止膠管形變漏液的措施之一。該方法簡單且可靠性高。

失效點2：如圖2所示，分別在0.2 MPa、0.4 MPa氣壓下通氣檢測，檢測結果發現，閥體的動密封環支撐座芯處會出現泄漏的風險。通過解剖閥體零部件發現無破損、開裂等不良問題，深入分析發現動密封環支撐軸在注塑完成后，在恢復常溫過程中會產生橢圓、不規則收縮等缺陷，從而引起泄露問題。為消除動密封環支座在裝配前的橢圓和收縮等缺陷，可以進行二次加工(車削加工)，將柄部的尺寸加工到圖紙要求尺寸(φ12.85±0.035 mm)。因零件在設計時留取的加工余量較小，且人為加工精度低，導致加工的尺寸不穩定，有可能會產生部分不合格產品。在對新件動密封環支座檢驗過程中發現，實際的尺寸是12.68～12.80 mm，而圖紙要求尺寸是12.85±0.035 mm，如圖2所示，這個結果證明人為加工會產生不符合尺寸的產品。尺寸不符合圖紙要求的產品會導致閥體內部密封不良從而引起漏液問題的發生。

圖2 動密封環尺寸失效圖

改進措施：重新開模具，對動密封環支座采取一次成型的工藝，消除人為加工過程中帶來的誤差，保證動密封環支軸的圓度。再對一次成型的新件動密封環支座進行尺寸檢驗，檢驗結果滿足φ12.85±0.035 mm圖紙尺寸要求。一次成型可以提高產品的密封性和可靠性，降低漏液的風險。

失效點3：如圖3所示，電動水閥進水口和出水口管壁厚設計5 mm，而在實際的裝配過程中，暖風水管的進水口和出水口的接口處受到較大的卡箍應力影響，導致部分水管在后續車輛顛簸運行的過程中出現開裂現象，從而引起電動水閥漏液問題的發生。

圖3 電動水閥進出水管失效圖

改進措施：將電動水閥進水口和出水口的管壁厚度增加至6 mm，提高電動水閥產品本身的強度，從而提高在安裝過程中抗外界應力的能力，提升電動水閥在安裝過程中的可靠性。該措施可以有效降低因外力作用導致的損壞和漏液問題。

失效點4：售后舊件在復檢過程中故障不再現。電動水閥工作邏輯如圖4所示，外溫度傳感器對溫度的感知會影響水閥開關，而實車室外溫度傳感器裝配在暖風鋁管附近，暖風鋁管溫度會影響外溫度傳感器數據采集，從而出現傳感器測試溫度失真的現象進而影響水閥開關，導致空調暖風無法正常打開。

圖4 電動水閥工作邏輯圖

改進措施：如圖5所示，調整整車室外溫度傳感器位置，實驗過程中在整車前面罩部分選取6個點位進行溫度傳感器的位置布置，待溫度傳感器布置完成后啟動車輛，模擬車輛動態運送狀態下的實車試驗；同時打開車輛空調的暖風系統，連續測量并記錄駕駛室內外溫度后進行分析，結果如圖6所示，溫度傳感器在點20位置時，車輛運行30 min內駕駛室內和室外溫度相差0.5 ℃，結果表明暖風的效率和暖風上風的時間都得到了良好改善，符合車輛的技術要求。

圖5 溫度傳感器位置選取圖

圖6 駕駛室內溫度測試結果圖

3 結 語

文中經過系統地分析找出了商用車暖風系統的失效因素：電動水閥故障點位置和溫度傳感器在駕駛室外的位置。對電動水閥失效的原因和溫度傳感器的布置位置進行深入分析后，通過改善電動水閥與管路連接的卡箍、優化水閥動密封環、改進電動水閥進出口的方式和優化室外溫度傳感器的布置位置4項改進措施，有效地改善了商用車空調暖效率低和暖風上風時間長的問題，提高了空調系統的可靠性和穩定性。對車輛空調系統的改善具有一定的研究意義。