汽车空调膨胀阀常见故障分析与排除

朱亮亮 丁亚东 段少勇

（杨凌职业技术学院 杨凌 712100）

汽车空调膨胀阀常见故障分析与排除

朱亮亮 丁亚东 段少勇

（杨凌职业技术学院 杨凌 712100）

热力膨胀阀是汽车空调制冷系统四大组成部件之一，其故障分析及排除，一直是汽车故障维修中的重点和难点。通过节流原理和膨胀阀工作原理的介绍，利用歧管压力计的压力检测功能，结合看、听、摸等直观探测方式，进行故障原因分析，提出故障排除措施；并对膨胀阀的正确安装及调整进行了定性分析。以此保证膨胀阀的正确使用，实现制冷系统高效、安全的运行。

汽车空调；膨胀阀；检测；分析；故障排除

0 引言

热力膨胀阀（简称膨胀阀）是节流装置的一种形式，其广泛应用于空调制冷和低温冷冻系统中[1]。膨胀阀是汽车空调制冷系统四大组成部件之一，虽然膨胀阀体积较小，但在制冷系统中的作用无可比拟，因此被视为汽车空调的关键部件[2]。

膨胀阀通过感温元件感知蒸发器出口处温度的变化（过热度信号），以此来自动控制阀的开度，按比例调节进入蒸发器液态制冷剂的流量[3]，如果感温元件接受的过热度信号不稳定，将直接影响系统的稳定性[4]。在汽车空调中，热力膨胀阀能否正常工作，直接影响整个制冷系统的制冷效果和运行性能，同时，压缩机的动力来源于发动机，制冷系统的性能直接关系到燃油的消耗量，从而进一步影响整车的运行成本[5]。

因此，在汽车空调制冷系统中，膨胀阀的合理正确使用，定期按时维护、故障及时排除，对延长空调系统的使用寿命，保证制冷系统的正常工作，提高车辆运行的经济性，降低运营成本，节约能源，降低尾气排放等都具有重要的意义[6]。

1 节流的原理及节流装置作用

1.1 节流的原理[7,8]

当流体流过阀门或者孔口时，该处的通道截面突然缩小，流体此时出现降温降压的现象，我们把这种现象称为节流。在这个过程中，流体通过孔口前，由于截面的突然变小，孔口附近的流体压力减小，速度增大；流体通过孔口时，压力减到最小值，速度增加到最大值；流体通过孔口后，由于截面的增大，压力有所提高，速度逐渐降低，最终达到一种新的动态平衡状态。总之，节流后流体的压力和温度都发生了显著的降低。在汽车空调制冷系统中，制冷剂通过膨胀阀后，压力下降到饱和压力以下，一部分液体发生汽化反应，转化为饱和蒸气，而这部分蒸发潜热是制冷剂本身提供的，所以制冷剂温度下降也较大，饱和的制冷剂蒸气（雾化细小液滴），最终为制冷剂在蒸发器中的汽化（蒸发）提供了充足准备。

1.2 节流装置的作用[7-9]

汽车空调制冷系统中，压缩机提供大量制冷剂，使其在蒸发器内蒸发吸热。如果流量过小，制冷量不足，车内温度升高；流量过大，空气中的水分冷凝在蒸发器上，出现“结霜”甚至是“结冰”现象，影响蒸发器的热交换，亦会造成制冷不佳；同时，管道内的液态制冷剂得不到及时的蒸发汽化，会被吸入压缩机，造成“液击”现象而损坏压缩机。因此节流装置必须具备三个作用：

（1）节流降压。通过节流降压作用，使来自冷凝器的高温、高压液态制冷剂转变为低温、低压的雾状液体颗粒，有利于进入蒸发器后，发生蒸发汽化。

（2）调节流量。根据发动机转速及制冷负荷的变化，对制冷剂流量实时调整，保证制冷系统的制冷量，保持车厢内的适宜温度。

（3）控制流量、防止液击和异常过热发生。通过安装在蒸发器上的感温元件，控制制冷剂流量的大小，保证制冷剂汽化充分，避免产生“液击”现象，同时将过热度控制在一定范围，防止异常过热现象发生。

2 节流装置的分类及工作原理

汽车空调用节流装置分类及特点见表1。

表1 节流装置分类及特点Table1 Classification and characteristics of throttle device

热力膨胀阀和节流孔管目前在汽车空调制冷系统中应用极为广泛，本文将就它们的工作原理、常见故障分析及排除、安装及调整方法做详细的说明。

2.1 外平衡式膨胀阀工作原理[8-11]

图1 外平衡式膨胀阀工作原理图Fig.1 Working principle diagram of external balanced expansion valve

2.2 内平衡式膨胀阀工作原理[8-11]

图2 内平衡式膨胀阀工作原理图Fig.2 Working principle diagram of internal balanced expansion valve

如图2所示，膜片承受三个力：向上的弹簧对阀芯的弹力sP，向上的节流后制冷剂压力eP，向下的感温包内制冷剂输入的压力fP。

当蒸发器温度升高时，感温包内制冷剂饱和蒸气产生的压力大于节流后的制冷剂压力和弹簧力之和，即fP＞eP＋sP，迫使膜片下移，节流孔开度增大，制冷剂流量增大，蒸发器制冷量增大，实现迅速降温，随着弹簧压力的变大，膜片达到一个新的平衡状态。

当蒸发器温度下降时，感温包内制冷剂饱和蒸气产生的压力减小，即fP＜eP＋sP，膜片上移，节流孔开度减小，制冷剂流量减少，蒸发器的温度升高，膜片所受到的力又达到新的平衡。

2.3 H型膨胀阀工作原理[8,9]

如图3所示，H形膨胀阀内部通道呈现“H”字母型，按照制冷剂流动方向，四个接口分别连接储液干燥器出口、蒸发器入口、蒸发器出口、压缩机入口。在蒸发器出口和压缩机入口之间安装有感温器4，在储液干燥器出口、蒸发器入口之间安装球阀1，球阀通过控制杆与感温器相连，球阀下面安装弹簧3，调整螺钉2调节蒸发器的过热度。感温器内装有密封的制冷剂，通过感温器的热胀冷缩可以控制球阀节流孔开度，起到调节流量的作用。

图3 H型膨胀阀工作原理图Fig.3 Working principle diagram of H type expansion valve

H型膨胀阀直接安装在蒸发器上，其膜片承受的是蒸发器出口处压力，虽然没有细长的毛细管，却同样具有节流控制作用，这与外平衡式膨胀阀是相似的。因此这种整体式膨胀阀具有结构简单、可靠性高、维修调试方便等优点，在汽车空调制冷系统中得到广泛的应用。

2.4 节流孔管工作原理[8,9]

节流孔管是孔口截面一定的节流装置，它由一根细长的铜管套装在塑料套管中构成。节流孔管安装在蒸发器进口管中，其塑料管外缘环槽内装有密封圈，起到密封作用，防止制冷剂的泄露。节流孔管没有活动部件，结构简单、可靠性高、能耗低，成本低；但不能调节制冷剂流量，主要靠控制压缩机的间歇工作来控制流量，达到控制温度的作用。同时在蒸发器和压缩机管路之间，安装有将气、液分离的气液分离器，以防止液态制冷剂进入压缩机发生“液击”现象。

3 膨胀阀常见故障分析与排除

3.1 堵塞故障分析与排除[11-13]

热力膨胀阀堵塞故障主要有冰堵和脏堵两种，判断是否堵塞可以进行打开、关闭测试。打开测试：双手紧握感温包使之变暖，然后对准进口吹气，探测出口处是否有风吹出，如果有说明膨胀阀完好，否则说明有堵塞故障；关闭测试：把感温包放置在冰和水混合的容器内，对准进口吹气，探测出口处是否有风吹出，如果有说明膨胀阀故障，需要检修。

3.1.1 脏堵

（1）故障现象：出风口处制冷效果不佳，高低压表显示：低压表接近真空，高压表太低。全堵塞时，膨胀阀进出口温度无明显差异，轻微堵塞时，储液干燥器或膨胀阀前后管路会出现结霜现象。

（2）故障分析：制冷系统中混入铁屑、焊渣、纤维等杂质，密封圈等橡胶制品，由于老化、制冷剂腐蚀产生的杂质都会造成管道堵塞。储液干燥器内的过滤网能够拦截这些杂质，此处容易出现脏堵，脏堵将导致过热度和回气温度升高，脏堵严重时影响系统的正常运转。

（3）故障排除：脏堵不严重时，可以更换过滤网、干燥剂或者直接更换储液干燥器；脏堵严重时，将系统的制冷剂回收或放出，用氮气清洗管道，再添加新的制冷剂；膨胀阀清洗后阀孔不通，可能是感温剂泄漏引起的堵塞，应更换膨胀阀。

3.1.2 冰堵

（1）故障现象：低压侧压力时而真空时而正常，高压侧压力降至0.7MPa，一会又正常，间歇制冷。

（2）故障分析：系统组装后，抽真空时间过短，没有满足20～25分钟的要求，使管路有一定量的潮气残留；焊缝处存在质量问题，有泄漏点；制冷剂充注时和冷冻机油补充时，没有将中间软管的空气排出；这些因素导致系统内潮气的存在，造成冰堵现象。膨胀阀节流口处孔径最小、温度最低，最易冰堵。水分在膨胀阀管口处结冰，制冷剂的循环停止，制冷停止；温度上升后，冰融化，冰堵消失，系统恢复制冷，下一轮冰堵将再次出现。

（3）故障排除：冰堵不严重时，在冰堵处敷上热毛巾加速冰的融化；冰堵较为严重时，必须回收或放出制冷剂，更换干燥剂或直接更换储液干燥器，抽真空后充注新的制冷剂。

3.2 感温包故障分析与排除[12,13]

（1）故障现象：制冷系统出现过热度不正确，膨胀阀关不小、膨胀阀供液不稳定。

（2）故障分析：感温包毛细管破裂，使感温包内的制冷剂泄漏，导致膨胀阀的执行机构接收到错误信号，使制冷出现问题；感温包包扎位置不正确。

（3）故障排除：更换新的膨胀阀；感温包应安装在蒸发器出口水平段的回气管上，靠近蒸发器，远离压缩机吸气口，而且不能垂直安装。

3.3 膨胀阀调整不当的故障分析与排除[11-13]

3.3.1 膨胀阀开度过小或失灵

（1）故障现象：制冷效果不佳，手摸低压侧的管路发现不凉。

（2）故障分析：使用歧管压力计（高低压表组）检测低压侧压力，显示数值过低甚至是真空，判断膨胀阀开度过小或失灵，制冷剂流量过小，引起制冷不足。

（3）故障排除：可以逆时针转动膨胀阀上的弹簧调压螺钉1～2圈，探测空调出风口温度是否变冷，并观察低压侧压力是否回升，如果是说明原开度过小，调大开度，增大制冷剂流量即可；如果逆时针调整无效，则判断膨胀阀失灵，检修或更换新的膨胀阀，并重新加注制冷剂。

3.3.2 膨胀阀开度过大

（1）故障现象：出风口温度偏高，制冷不足；歧管压力计检测到高压侧压力过高；低压管路上结霜或有小水珠出现。

（2）故障分析：如果检测到低压压力也过高，判断膨胀阀开度过大，使大量制冷剂堆积在冷凝器内，造成冷凝器有效散热面积减少，系统压力升高，制冷效果下降，并且大量制冷剂进入蒸发器造成管道结霜。

（3）故障排除：顺时针转动弹簧调压螺钉1～2圈，如果出风口逐渐变冷，则判断膨胀阀开度过大；调整无效时，应检查感温包与蒸发器的安装位置及包扎情况，保证固定及密封良好。

4 膨胀阀正确安装及调整

4.1 膨胀阀正确安装[8,10]

热力膨胀阀的正确安装与否，将直接影响汽车空调的制冷效果。安装时应注意：

（1）检查膨胀阀各部件使用完好，重点检查感温包部分；

（2）膨胀阀应安装在靠近蒸发器的地方，阀体应垂直安装，不能倾斜或颠倒安装；

（3）感温机构内的液体始终保持在感温包内，因此感温包应比阀体装得低一些；

（4）感温包尽可能安装在蒸发器的出口水平回气管上，一般应远离压缩机吸气口1.5m以上；

（5）无论在何种情况下，感温包均不能设在回气管中有可能积液或积油的地方，以避免传感误差；

（6）感温包紧贴管壁包扎紧密，接触处应将氧化皮清除干净，露出金属本色，避免由于接触不良而降低传感的灵敏度；

（7）如果蒸发器配有气液分离器的，将分离器直接装在膨胀阀的出口端，这样使用效果较好；

（8）感温包包扎固定后，可用软质塑料再缠绕包扎，使之免受外界气温的影响。

4.2 膨胀阀调整[12,13]

膨胀阀调整之前，首先要确认制冷不足是由于膨胀阀偏离最佳工作点导致的。此外，还需注意：

（1）压缩机平稳运行15分钟以后，制冷装置无异常，才能开始调整工作；

（2）由于蒸发器表面温度无法用测温计直接测量，可以利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力，查表得到近似蒸发温度；

（3）用测温计测出蒸发器回气管的温度，与蒸发温度对比来校核过热度，若过热度处于5℃～8℃之间时则不必进行调整；

（4）调整中，检测到过热度太小即供液量太大，则可把调节螺杆按顺时针方向转动，即增大弹簧力，减小热力膨胀阀开启度，使流量减小；反之，若过热度太大即供液量太小，则可把调节螺杆逆时针转动，使流量增大；

（5）由于膨胀阀感温系统存在信号传递滞后的热惰性，必须等运行基本稳定后才能进行下一次调整。因此调整时务必耐心细致，转动螺杆时不能过多过快。

5 结束语

热力膨胀阀的好坏直接影响制冷系统的运行性能，压力检测和直观探测方式的结合，能够及时排除膨胀阀的故障；热力膨胀阀的正确安装和调整也是汽车专业维修人员必须具备的一项技能。热力膨胀阀只有通过正确的定期维护和日常保养，才能保证空调系统的运行寿命和制冷效果，降低运行成本，为司乘人员提供舒适的驾乘环境。

[1] 商萍君,易佳婷.电子膨胀阀的优势和发展趋势[J].制冷与空调,2007,(2):72-76.

[2] 丁浩,谷小红,来雨霏.汽车空调用热力膨胀阀性能测试系统的研制[J].机电工程,2015,32(6):817-820.

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[4] 徐博,江挺候,陈江平,等.热力膨胀阀感温元件特性实验研究[J].制冷学报,2011,32(2):30-34.

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[11] 李红,徐鲁昆.汽车空调膨胀阀常见故障分析与排除[J].科技创业家,2013,(10):42-43.

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[13] 盛林源.空调系统膨胀阀的常见故障排除[J].中国新技术新产品,2012,(1):134.

Common Fault Analysis and Troubleshooting of Automotive Air Conditioning Expansion Valve

Zhu Liangliang Ding Yadong Duan Shaoyong
( Yangling Vocational and Technical College, Yangling, 712100 )

The thermal expansion valve is one of the four main parts of the automotive air conditioning refrigeration system, and its failure analysis and troubleshooting, has been the key and difficult point in the automobile repair. Through the introduction of the throttling principle and the working principle of the expansion valve, combining with the visual detection method, such as reading, listening and touching, the pressure detection function of the manifold pressure gauge is used to analyze the causes of failure, and to propose the method of troubleshooting; and the correct installation and adjustment of the expansion valve is analyzed qualitatively. In order to ensure the correct use of the expansion valve, achieve efficient and safe operation of the refrigeration system.

Automotive air conditioning; Expansion valve; Detection; Analysis; Troubleshooting

U463.85+1

A

1671-6612（2017）01-081-05

作者（通讯作者）简介：朱亮亮（1982.1-），男，工学硕士，讲师，E-mail：zll20013406@126.com

2015-11-12