热成像法在汽车空调管路堵塞检测中的应用研究

文/罗方赞 郑鼎鼎

热成像法在汽车空调管路堵塞检测中的应用研究

文/罗方赞 郑鼎鼎

本文首先介绍了汽车空调堵塞故障的种类和检修方法；分析了空调管路堵塞部位的温度变化原理；然后提出应用热成像技术检测汽车空调管路堵塞故障的方法，并通过实验验证了热成像技术准确定位堵塞位置的方法；最后提出热成像技术检测汽车空调管路堵塞的几点注意事项。

热成像；汽车空调；堵塞检测

汽车空调由于使用不当或维修不规范会使空调管路发生堵塞故障，传统的应用高低压检修阀压力测量值进行判断堵塞故障的方法不能精确定位堵塞位置，给空调系统检修带来困难。本文研究热成像法，根据管路温度变化反映管路内部制冷剂流通情况从而精确定位堵塞位置，为空调清洗检修指明方向。

1.汽车空调管路堵塞故障种类

汽车空调管路堵塞有冰堵和脏堵两种。

（1）脏堵

脏堵经常发生在制冷系统内通道截面较小位置，易于脏堵的部件绝大部分处于制冷系统的高压侧，如位于储液干燥器与膨胀阀之间的电磁阀、高压侧的毛细管的入口、膨胀阀等。

发生脏堵时，空调制冷能力下降，甚至不制冷，同时低压端的压力低于正常值，另外带有低压保护装置的制冷系统会使压缩机自动停止，制冷系统中局部地方温度下降，偶尔还会出现结霜或结露现象。

故障排除需要准确查找脏堵位置，清洗或更换脏堵部件。

（2）冰堵

冰堵是膨胀阀节流孔处发生的水分结冰现象。

发生冰堵时，空调制冷系统低压压力极低，制冷系统制冷量严重下降，甚至不制冷。对于装有低压保护装置，压缩机由电磁离合器控制运转的小客车空调制冷系统，在压力开关的作用下，出现间歇性切断或接合离合器的现象。

故障排除需要更换干燥器，更换制冷剂。

2.空调管路堵塞的温度变化

汽车空调系统工作原理如图1所示。为了获得良好的制冷效果，膨胀阀F（节流阀）安装在蒸发器入口前，是制冷循环高压和低压的分界点，其作用是：将高压制冷剂进行节流减压，变为温度为10℃左右，压强为0.2Mpa到0.5Mpa的低温低压液态制冷剂，为制冷剂进入蒸发器迅速蒸发吸热提供保障。但如果制冷管路中存在堵塞现象就好比在管路中增加了数个节流阀。

图1 空调系统工作原理

当堵塞发生在高压区时，节流后压力降低，部分制冷剂吸收热量而转化为气态，使管路温度降低。如图2所示。

图2 脏堵部位判断示意图

当堵塞发生在低压区时，气态制冷剂节流后，由于压力降低，气体体积膨胀，分子间的距离增大，分子间的位能增加，相应的动能减小，温度降低。严重堵塞时甚至会在堵塞位置结霜。

3.热成像技术在制冷管路堵塞检测中的应用

红外热成像技术是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度，我们可以通过热图像的温度分布找出异常温度点，对空调管路泄露点进行判断。

（1）管径变化的热像反应

在空调系统中有很多管道需要弯折，导致管道内径变化，也能从热像图上反映出来。图3所示为冷凝器与干燥器之间的连接管道，由于管路弯折以及连接使管径局变化，从热像图上可以明显看出温度变化。

图3 管径变化的热像图

（2）局部堵塞的热像反应

为了说明热成像技术在空调堵塞检测中的应用，我们在汽车空调高压侧人为设置一堵塞物，位置见图4中A图。

空调运行5分钟后，高压压力为3.1Mpa，空调中断工作，待压力下降到2.0Mpa左右继续工作，反复进行。典型的堵塞故障现象，根据压力判断堵塞发生在高压侧，具体位置无法准确定位。

使用热成像仪iri2010检测，在图示位置发现明显温度变化，根据管道外形排除变形导致温度变化。为了说明温度变化的热像反映，特选择同一位置，相同成像角度，相同制冷剂充注量的热像图进行比较，见B图。可见正常情况下管道温度为58.3℃，发生堵塞后局部温度下降到37.1℃。由此可以判断堵塞位置如A图。

图4 局部堵塞的热像图

A）设置堵塞物的热像图；B）正常管道的热像图

4.热成像仪检测空调管路堵塞故障的注意事项

（1）由于汽车空调系统工作环境会受到发动机热源的干扰，不容易准确获取有效的热像图，为此，可借助隔热板遮挡背景热源的方法进行成像。

（2）需要熟悉空调工作原理与结果，对温度变化进行分析，避免判断失误。

［1］罗方赞汽车维护与保养［M］.南京大学出版社，2013.8.

［2］潘伟荣汽车空调［M］.机械工业出版社，2002.

［3］赵烨，方正中，李震.在用压力管道检测中红外热成像技术的应用［J］.管道技术与设备，2008～5，25～27.

衢州市科技局项目—基于热成像技术的汽车空调故障诊断研究，项目编号：20121058〕

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衢州职业技术学院机电工程学院/衢州市特种设备检测中心）