鲍建名

（潍柴动力股份有限公司上海研发中心，上海 201100）

随着人们对汽车驾乘舒适性要求的提高，作为汽车制冷担当的空调系统不仅会成为整车系统的必须品，而且人们会对其降温性能提出更高的要求。

夏季乘车情况下，空调系统正常工作时，会将车内的环境调节到乘员最舒适的状态，创造良好的驾乘、休息环境，以提高规范驾乘效率和减少意外交通事故。但当空调系统出现故障时，例如蒸发器表面结霜，会导致出风口风量减少，车内温度升高，无法创造良好的驾乘环境，将增加驾乘风险。本文以市场上某款出现蒸发器结霜现象的商务车为案例，对结霜问题进行研究、解决。

本文首先对空调系统结霜的原理进行讲解，然后针对案例车结霜表现进行原因分析，对可能造成的因素一一测试排除，最终找到问题根本所在，针对问题点提出永久改进方案并进行实车验证。验证结果表明，蒸发器结霜现象消失，空调系统工作正常，降温性能满足乘客需求。

1 汽车空调系统蒸发器结霜原理

汽车空调系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、空调管路5部分组成，空调系统的制冷原理如图1所示。

压缩机将低温低压的制冷剂 (HFC-134a)气体压缩成高温高压的制冷剂气体，气体沿空调管路流至冷凝器，经冷凝器放热冷凝，变为高温高压的制冷剂液体。液体经集液管干燥、过滤，流至膨胀阀，在膨胀阀处节流、膨胀，变为低温低压制冷剂雾。制冷剂雾沿管路流入蒸发器，在蒸发器芯体内流通，过程中不断吸收流经蒸发器表面空气的热量，变为低温低压的制冷剂气体，气体沿管路重新流回压缩机再次压缩循环。而经过蒸发器降低温度的空气沿风道进入车厢，由出风口吹出，达到降低驾驶室内部温度的目的。

图1 空调系统组成

空调系统在制冷过程中，由于蒸发器表面温度很低，热空气中的水蒸气会遇冷液化成水滴附着在蒸发器芯体表面。当蒸发器表面温度低于0℃时，蒸发器表面的水滴及周围的水蒸气会凝结成冰，附着在蒸发器表面，此种现象称为蒸发器结霜现象。蒸发器表面结霜后，空气通过蒸发器进入驾驶室的阻力会增大，致使出风口出风量减少，驾驶室内温度升高。

2 问题车辆结霜表现及排查

某商务车已经处于SOP阶段，AUDIT正常路试过程中发生仪表盘出风口风量衰减，直到无风吹出故障。路试人员反馈，下车查看车辆前围，空调高压管处有霜，根据以往经验，初步判定空调蒸发器结霜。查阅该车型开发过程资料，前期路试时出现过该类故障模式：驾驶员长时间使用空调系统 (约100 min)，制冷效果变差。后更换HVAC总成，效果得到优化，临时解决问题。

针对又出现的结霜问题，先进行资料收集和整理，2次车辆结霜的具体表现为：车速在60 km/h，车辆行驶时间在100 min以上，空调一直开启状态，空调风速在最低速。

首先，对问题车辆进行问题复现。在路试工况下，反复试验6次 (每次时间150 min)，共出现2次结霜现象。后又在怠速、40 km/h、80 km/h等车速下进行测试，均出现蒸发器结霜问题。

本文中提到蒸发器结霜原因是蒸发器表面温度到达0℃以下后，压缩机并没有停转，一直处于工作状态，使蒸发器表面的温度一直保持在0℃以下，水蒸气不断在蒸发器表面凝结，致使蒸发器表面的霜越结越厚。

压缩机启停是通过蒸发器表面的温度传感器感知蒸发器表面的温度，控制压缩机的启停。当蒸发器表面的温度低于3℃时，温度传感器会输出信号，使压缩机停止工作，待蒸发器表面的温度高于6℃时，温度传感器会再次向压缩机输出信号，使压缩机开始工作。这样使蒸发器表面的温度一直处于3～6℃之间，既能满足制冷需求，又不会发生结霜现象。而蒸发器一旦发生结霜现象，优先考虑温度传感器出现问题。

首先列出了造成蒸发器结霜的几个原因，针对这几种状况进行一一排查。

潜在故障分析：①蒸发器温度传感器插入位置不符合图纸要求；②蒸发器温度传感器插入位置选点不合理；③蒸发器温度传感器实物损坏或R-T阻值特性不符合设计要求；④控制器录入的传感器R-T特性值不符合设计要求；⑤蒸发器内堵、内漏；

2.1 蒸发器温度传感器插入位置排查

对到厂HVAC总成进行抽查，查看蒸发器芯体温度传感器的插入位置是否符合设计要求。经过抽样检查，所有产品温度传感器插入位置均符合图示要求，详见图2、图3。

图2 设计图纸温度传感器位置

2.2 蒸发器温度传感器插入位置选点是否合理的排查

图纸要求温度传感器位置如图4所示，随机选取3套蒸发器样件 (图5)，通过台架实验验证选点位置是否合理。

图3 蒸发器芯体温度传感器位置

图4 图纸要求温度传感器位置

温度传感器选点位置既不能选取最高温度处，也不能选取最低温度处。选取最高温度处，当其达到3℃时，其他点处温度已经在0℃以下，蒸发器会出现大面积结霜。选取最低温度处，当达到3℃时，其他点处温度过高，导致不能充分制冷。温度传感器的位置应选取在当此处的位置达到3℃时，最高温度处0℃以上，最低温度处0℃以下，且蒸发器表面20%～25%面积开始出现结霜，位置最佳。目前传感器点为15点，从数据看此点选择基本符合要求。

2.3 蒸发器温度传感器实物是否符合设计要求、有无损坏的排查

拆解问题车辆，查看传感器实物无损坏，进行R-T阻值检测，恒温槽控制温度为0℃，对蒸发器温度传感器阻值进行测试，检测结果符合阻值特性。

2.4 控制器录入的传感器R-T特性值检测

1)ON点检查——指示灯亮，测得阻值23.7 kΩ，符合6℃对应阻值 (23.6～24.6 kΩ)。

2)OFF点检查——指示灯灭，测得阻值27.9 kΩ，符合3℃对应阻值 (27.3～28.6 kΩ)。

2.5 蒸发器内堵、内漏测试

对问题车辆蒸发器进行内堵、内漏检测，检测无问题，如图6所示。

2.6 故障原因及解决

所有故障都排除，未找到蒸发器结霜原因，再次进行实车排查。

首先将整车上温度传感器外表皮剥开，外接万用表，测试温度传感器电阻值随温度变化。其次，在温度传感器位置插入热电偶，同时测试温度，详见图7。

图5 随机选取3套蒸发器样件验证选点位置

图6 蒸发器内堵、内漏测试

车辆怠速，开启空调系统。开始时空调系统表现正常，温度显示在3℃时压缩机停止，在6℃时开启，且万用表测试温度传感器电阻值正常 (3℃时阻值27.9 kΩ，6℃时阻值23.7 kΩ)。持续工作，直到车辆运行100 min之后，第1次出现结霜现象，此时温度传感器阻值发生变化。温度计显示温度传感器位置处温度为3℃，万用表显示温度传感器阻值为18 kΩ (对应温度为10℃)，与温度无法对应。由于温度传感器感应到蒸发器表面的温度大于3℃ (实际已低于3℃)，因此未给压缩发出停止工作信号，导致压缩机一直工作，蒸发器表面结霜。关闭车辆，待蒸发器表面霜融化后，再次启动车辆，重复测试。经过多次测试，每次结霜，温度传感器阻值表现相同。

图7 外接万用表和温度计

之前检测温度传感器本身品质并无问题，是什么原因导致温度传感器阻值发生大幅度滑变?或许是由于外在物质的原因导致温度传感器失灵。外在物质能对蒸发器产生影响的地方只有温度传感器接插头处，所以对HVAC箱体接插头查看，发现温度传感器接插件位置固定在蒸发器配管压板正下方，详见图8。若长时间开启空调，压板处会形成冷凝水，若有冷凝水滴入传感器插件内，可能会造成温度传感器出错。

针对猜想，进行实车验证。启动车辆，开启空调，当蒸发器表面温度达到3℃，压缩机停止工作，一切表现正常。待蒸发器表面温度升高至6℃，压缩机重新启动，对温度传感器接插件处进行人工喷水，喷水之后，蒸发器表面温度降低至3℃时，压缩机并未停止，持续运转，万用表测试温度传感器阻值跟结霜时表现相同，运行一段时间后蒸发器表面开始结霜。在其他车辆上模拟实验，表现相同。后将问题车辆温度传感器接插头位置移到蒸发器配管压板上方，再进行路试，所有车辆问题消失。

图8 温度传感器接插件位置

3 总结

空调开启时，壳体外会有冷凝水，该传感器安装位置贴近空调壳体，因对接件未做防水处理，壳体外的冷凝水会沿着电线或滴入对接件中形成短路，造成温度传感器阻值信号输出错误，使压缩机一直工作，导致蒸发器结冰。