空调电动水阀可靠性改进及提升*

徐 龙，袁 丽，张浩繁，樊龙飞，武 迈

(陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200)

0 引 言

近年来，随着国内公路运输如快递运输、绿通运输、煤炭运输、危化品运输、城建渣土等的快速发展，商用车的市场需求呈爆发增长的状态。在2019年和2020年两年，中国地区的商用车销量从432.5万辆增长到513.3万辆，销量同比增幅18.7%，这一结果表明国内商用车的使用量需求很大且呈快速增长趋势。商用车的大量使用在加快经济发展的同时也给运输行业带来了翻天覆地的变化。商用车在近距离和远距离的公路运输上具有价格低廉、高效率、不受运输地域影响等方面的优势，这些优势也是商用车发展快速的重要原因。商用车的快速发展带来了技术的革新、驾驶安全性能保证和舒适性能的提升。国产商用车发展在技术上已经达到了可以与国外产品相媲美的局面，同时相比进口商用车(例如奔驰商用车、沃尔沃商用车等)国产商用车具有价格低廉的优势，国内很多客户群体在买车的时候都会选择国产商用车，促就了国产商用车一片繁荣的景象。当达到技术壁垒时，为了抢占更多的国内市场，国产商用车的各大主机厂开始向多方面发展方向推进，全力提升车辆驾驶安全性能和驾驶舒适性能，已成为主流趋势，这就出现了具有家一样温馨的商用车的诞生；此外客户对车辆感官体验的要求越来越高。这些感官体验就包含车辆动力、舒适性和操作性等。车辆空调系统是车辆重要功能之一，是车辆在运行过程中驾驶员的舒适感的重要保障。

商用车和乘用车的空调系统主要是由制冷系统、暖风系统、空气净化装置及控制系统组成，其中汽车暖风系统工作原理是将冷空气吹到热交换器表面，冷空气进行热交换后重新导入到驾驶室内，从而达到提高驾驶室内温度的目的。此外暖风系统可实现供暖、除霜、调节温度与湿度等功能，是现代商用车配置中不可或缺的重要组成部分。

这三个系统对冬季车辆运行过程中驾驶室内保温，夏季车辆运行过程中驾驶室内降温以及保持驾驶室内空气清新有着重要的作用。但是，近两年来，商用车冬季运行时暖风效率低和暖风上风来时间长等问题频繁出现。

笔者空调暖风系统的工作以原理及失效问题为研究方向[1-4]，对整车的空调暖风系统进行全面的分析和改进，解决现存问题，提升车辆制造质量及运行的可靠性。

1 问题概述

在2019年～2020年期间，某汽车主机厂售后反馈空调暖风系统存在暖风效率低、暖风上风时间长等问题。深入分析发现空调暖风系统的失效和某型号电动水阀存在一定的关联，此外该型号的电动水阀故障件数量和售后索赔一直处于居高不下的状态，给企业带来了严重的损失。在2021年该型号的电动水阀的故障件数量仍呈上升的趋势，因此空调暖风失效带来的严重问题需要尽快解决。为深入探究汽车空调暖风的失效和电动水阀之间的关系，该商用车主机厂对返回的电动水阀旧件进行试验检测，检测结果显示80%的故障零件的故障未再现，这一结果表明空调暖风失效可能存在别的原因。为更深层地分析并解决空调暖风失效的问题，文中将从电动水阀失效件的失效模式出发，结合电动水阀的实际装车状态和空调暖风系统的工作原理[2-5]，对整车的空调暖风系统进行全面的分析和改进，结果表明改进效果明显。这不但降低了企业的售后损失，而且也提升了车辆在售后市场的口碑。

2 问题分析与解决措施

2.1 问题分析

汽车空调暖风系统的温度调节一般分为两种，一种是空气混合型，这类暖风系统是在气道中安装混合调节风门，风门可以控制通过加热器芯的空气和不通过加热器芯空气比例来实现温度调节；另一种是水流调节型，这类暖风系统通过调节经加热器芯的热水量改变加热芯本身温度，进而达到调节温度的目的，文中改进的暖风系统中电动水阀的温度调节属于水流调节型。水流调节型的暖风系统大多数被用于商用车，商用车水流型调节的暖风系统的具体工作原理是利用发动机处散发的热量进行暖风循环，首先冷却液与发动机进行热交换，然后将热交换后的冷却液输送至暖风系统中的热交换器(一般称为暖风小水箱)，同时鼓风机会将送来的空气送到暖风小水箱再次进行热交换，最后加热的空气通过鼓风机出风口送入车内来实现驾驶室内的暖风调节。在这一热交换过程中电动水阀的主要作用是接受到温度传感器的信号后打开电动水阀实现冷却液在暖风系统循环。

对售后旧件进行系统地分析后发现，电动水阀主要的故障模式是漏液和电动水阀不工作，主要失效原因是以下4点：①进水管和出水管与电动水阀连接处胶管的热膨胀系数不同，在温度变化时不同形变量导致产生配合间隙从而引起漏液问题；②电动水阀支撑座尺寸偏小导致密封不良引起漏液问题；③电动水阀进水管和出水管的管壁太薄，在受较大应力后会使管口破损从而引起漏液问题；④对售后旧件进行故障再现测试，测试结果显示80%售后旧件在复检过程中故障不再现。

2.2 解决措施

失效点1：如图1所示，暖风胶管和电动水阀进水口和出水口材质存在差异，热膨胀系数存在差异，在长期温度变化下胶管和电动水阀进水口、出水口反复不同步膨胀和收缩，因配合间隙差异导致渗漏防冻液现象；此外反复也热胀冷缩现象也会导致一般卡箍的紧固力的衰减从而出现渗漏防冻液现象，这种情况下需要人工的二次紧固，操作比较麻烦且可靠性低。

图1 连接处泄漏失效图

改进措施：将连接处的一般卡箍改为板式卡箍，板式卡箍可以有效填补因胶管与进水口和出水口膨胀收缩引起的配合间隙差异所带来的漏液问题，是有效防止胶管形变漏液的措施之一。该方法简单且可靠性高。

失效点2：如图2所示，分别在0.2 MPa、0.4 MPa气压下通气检测，检测结果发现，阀体的动密封环支撑座芯处会出现泄漏的风险。通过解剖阀体零部件发现无破损、开裂等不良问题，深入分析发现动密封环支撑轴在注塑完成后，在恢复常温过程中会产生椭圆、不规则收缩等缺陷，从而引起泄露问题。为消除动密封环支座在装配前的椭圆和收缩等缺陷，可以进行二次加工(车削加工)，将柄部的尺寸加工到图纸要求尺寸(φ12.85±0.035 mm)。因零件在设计时留取的加工余量较小，且人为加工精度低，导致加工的尺寸不稳定，有可能会产生部分不合格产品。在对新件动密封环支座检验过程中发现，实际的尺寸是12.68～12.80 mm，而图纸要求尺寸是12.85±0.035 mm，如图2所示，这个结果证明人为加工会产生不符合尺寸的产品。尺寸不符合图纸要求的产品会导致阀体内部密封不良从而引起漏液问题的发生。

图2 动密封环尺寸失效图

改进措施：重新开模具，对动密封环支座采取一次成型的工艺，消除人为加工过程中带来的误差，保证动密封环支轴的圆度。再对一次成型的新件动密封环支座进行尺寸检验，检验结果满足φ12.85±0.035 mm图纸尺寸要求。一次成型可以提高产品的密封性和可靠性，降低漏液的风险。

失效点3：如图3所示，电动水阀进水口和出水口管壁厚设计5 mm，而在实际的装配过程中，暖风水管的进水口和出水口的接口处受到较大的卡箍应力影响，导致部分水管在后续车辆颠簸运行的过程中出现开裂现象，从而引起电动水阀漏液问题的发生。

图3 电动水阀进出水管失效图

改进措施：将电动水阀进水口和出水口的管壁厚度增加至6 mm，提高电动水阀产品本身的强度，从而提高在安装过程中抗外界应力的能力，提升电动水阀在安装过程中的可靠性。该措施可以有效降低因外力作用导致的损坏和漏液问题。

失效点4：售后旧件在复检过程中故障不再现。电动水阀工作逻辑如图4所示，外温度传感器对温度的感知会影响水阀开关，而实车室外温度传感器装配在暖风铝管附近，暖风铝管温度会影响外温度传感器数据采集，从而出现传感器测试温度失真的现象进而影响水阀开关，导致空调暖风无法正常打开。

图4 电动水阀工作逻辑图

改进措施：如图5所示，调整整车室外温度传感器位置，实验过程中在整车前面罩部分选取6个点位进行温度传感器的位置布置，待温度传感器布置完成后启动车辆，模拟车辆动态运送状态下的实车试验；同时打开车辆空调的暖风系统，连续测量并记录驾驶室内外温度后进行分析，结果如图6所示，温度传感器在点20位置时，车辆运行30 min内驾驶室内和室外温度相差0.5 ℃，结果表明暖风的效率和暖风上风的时间都得到了良好改善，符合车辆的技术要求。

图5 温度传感器位置选取图

图6 驾驶室内温度测试结果图

3 结 语

文中经过系统地分析找出了商用车暖风系统的失效因素：电动水阀故障点位置和温度传感器在驾驶室外的位置。对电动水阀失效的原因和温度传感器的布置位置进行深入分析后，通过改善电动水阀与管路连接的卡箍、优化水阀动密封环、改进电动水阀进出口的方式和优化室外温度传感器的布置位置4项改进措施，有效地改善了商用车空调暖效率低和暖风上风时间长的问题，提高了空调系统的可靠性和稳定性。对车辆空调系统的改善具有一定的研究意义。