基于熱成像法的汽車空調(diào)管路堵塞檢測(cè)*

羅方贊鄭鼎鼎

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院；2.衢州市特種設(shè)備檢測(cè)中心）

汽車空調(diào)由于使用不當(dāng)或維修不規(guī)范會(huì)使空調(diào)管路發(fā)生堵塞故障，傳統(tǒng)的應(yīng)用高低壓檢修閥壓力測(cè)量值判斷堵塞故障的方法不能精確定位堵塞位置，給空調(diào)系統(tǒng)檢修帶來困難。文章研究熱成像法，根據(jù)管路溫度變化反映管路內(nèi)部制冷劑流通情況從而精確定位堵塞位置，為空調(diào)清洗檢修指明方向。

1 汽車空調(diào)管路堵塞故障種類

1.1 臟堵

臟堵經(jīng)常發(fā)生在制冷系統(tǒng)內(nèi)通道截面較小的位置，易于臟堵的部件絕大部分處于制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)，如位于儲(chǔ)液干燥器與膨脹閥之間的電磁閥、高壓側(cè)毛細(xì)管的入口及膨脹閥等。

發(fā)生臟堵時(shí)，空調(diào)制冷能力下降，甚至不制冷，同時(shí)低壓端的壓力低于正常值，另外帶有低壓保護(hù)裝置的制冷系統(tǒng)會(huì)使壓縮機(jī)自動(dòng)停止，制冷系統(tǒng)中局部地方溫度下降，偶爾還會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜或結(jié)露現(xiàn)象。

故障排除需要準(zhǔn)確查找臟堵位置，清洗或更換臟堵部件[1]。

1.2 冰堵

冰堵是膨脹閥節(jié)流孔處發(fā)生的水分結(jié)冰現(xiàn)象。

發(fā)生冰堵時(shí)，空調(diào)制冷系統(tǒng)低壓壓力極低，制冷系統(tǒng)制冷量嚴(yán)重下降，甚至不制冷。對(duì)于裝有低壓保護(hù)裝置，壓縮機(jī)由電磁離合器控制運(yùn)轉(zhuǎn)的小客車空調(diào)制冷系統(tǒng)，在壓力開關(guān)的作用下，出現(xiàn)間歇性切斷或接合離合器的現(xiàn)象。

故障排除需要更換干燥器及制冷劑。

2 空調(diào)管路堵塞的溫度變化

汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理，如圖1所示。為了獲得良好的制冷效果，膨脹閥（節(jié)流閥）安裝在蒸發(fā)器入口前，是制冷循環(huán)高壓和低壓的分界點(diǎn)，其作用是：將高壓制冷劑進(jìn)行節(jié)流減壓，變?yōu)闇囟葹?0℃左右，壓強(qiáng)為0.2～0.5 MPa的低溫低壓液態(tài)制冷劑，為制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器迅速蒸發(fā)吸熱提供保障。但如果制冷管路中存在堵塞現(xiàn)象，就好比在管路中增加了數(shù)個(gè)節(jié)流閥。

當(dāng)堵塞發(fā)生在高壓區(qū)時(shí)，節(jié)流后壓力降低，部分制冷劑吸收熱量而轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，使管路溫度降低，如圖2所示。當(dāng)堵塞發(fā)生在低壓區(qū)時(shí)，氣態(tài)制冷劑節(jié)流后，由于壓力降低，氣體體積膨脹，分子間的距離增大，分子間的位能增加，相應(yīng)的動(dòng)能減小，溫度降低。嚴(yán)重堵塞時(shí)甚至?xí)诙氯恢媒Y(jié)霜[2]。

3 熱成像技術(shù)在制冷管路堵塞檢測(cè)中的應(yīng)用

紅外熱成像技術(shù)是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡，接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講，紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度，可以通過熱圖像的溫度分布找出異常溫度點(diǎn)，對(duì)空調(diào)管路泄露點(diǎn)進(jìn)行判斷[3]。

3.1 管徑變化的熱像反應(yīng)

在空調(diào)系統(tǒng)中有很多管道需要彎折，導(dǎo)致管道內(nèi)徑變化，也能從熱像圖上反映出來。圖3示出冷凝器與干燥器之間的連接管道，由于管路彎折以及連接使管徑局部變化，從熱像圖上可以明顯看出溫度變化。

3.2 局部堵塞的熱像反應(yīng)

為了說明熱成像技術(shù)在空調(diào)堵塞檢測(cè)中的應(yīng)用，在汽車空調(diào)高壓側(cè)人為設(shè)置一堵塞物，位置如圖4a所示。

空調(diào)運(yùn)行5 min后，高壓壓力為3.1 MPa，空調(diào)中斷工作，待壓力下降到2.0 MPa左右空調(diào)繼續(xù)工作，反復(fù)進(jìn)行，出現(xiàn)典型的堵塞故障現(xiàn)象，根據(jù)壓力判斷堵塞發(fā)生在高壓側(cè)，具體位置無法準(zhǔn)確定位。

使用熱成像儀iri2010檢測(cè)，在圖4a所示位置發(fā)現(xiàn)明顯溫度變化，根據(jù)管道外形排除變形導(dǎo)致溫度變化。為了說明溫度變化的熱像反應(yīng)，特選擇同一位置，相同成像角度和制冷劑充注量的熱像圖進(jìn)行比較，如圖4b所示。從圖4可見，正常情況下管道溫度為58.3℃，發(fā)生堵塞后局部溫度下降到37.1℃。由此可以判斷堵塞位置，如圖4a所示。

3.3 熱成像儀檢測(cè)空調(diào)管路堵塞故障的注意事項(xiàng)

1）由于汽車空調(diào)系統(tǒng)工作環(huán)境會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)熱源的干擾，不容易準(zhǔn)確獲取有效的熱像圖，為此，可借助隔熱板遮擋背景熱源的方法進(jìn)行成像；

2）需要熟悉空調(diào)工作原理與結(jié)果，對(duì)溫度變化進(jìn)行分析，避免判斷失誤。

4 結(jié)論

應(yīng)用熱成像儀掃描檢測(cè)汽車空調(diào)管路堵塞位置，一方面，能夠提高汽車維修企業(yè)維修效率，提升企業(yè)服務(wù)質(zhì)量；另一方面，該方法在提升汽車空調(diào)系統(tǒng)效率，降低能源消耗與污染排放等方面做出重要貢獻(xiàn)。

同時(shí)，汽車空調(diào)管路是壓力管路的一種，文章通過研究孔口節(jié)流的熱效應(yīng)，以及試驗(yàn)驗(yàn)證孔口溫度差異，掌握壓力管路中泄露與堵塞故障表現(xiàn)出的溫度變化規(guī)律，可以推廣到液壓和氣壓系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造與檢修環(huán)節(jié)，具有深遠(yuǎn)的推廣應(yīng)用前景。