周遠(yuǎn)芳 呂旭

摘 要：當(dāng)前寶馬品牌的汽車，大都在配套了使用水冷冷凝器等新技術(shù)的新型空調(diào)系統(tǒng)。研究這些新技術(shù)的工作原理，對診斷這些車型的空調(diào)故障有很重要的意義。文章著重講述了以水冷冷凝器為代表的寶馬新型空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，并以一個故障案例為例，分析了在診斷相關(guān)故障時的注意事項。

關(guān)鍵字：寶馬空調(diào)系統(tǒng);水冷冷凝器

中圖分類號：U472.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）13-213-03

A Working Principle And Fault Case Of Bmw Water-Cooled Condenser

Air Conditioner

Zhou Yuanfang， Lu Xu

（ Department of Vehicle Engineering， Shanxi Transportation Vocational and Technical College， Shanxi Taiyuan 030031 ）

Abstract： Most of the current BMW brand cars are equipped with new air conditioning systems using new technologies such as water-cooled condensers. Studying the workings of these new technologies is important in diagnosing air conditioning faults in these models. This article focuses on the working principle of the new BMW air conditioning system， represented by the water-cooled condenser， and analyzes the considerations when diagnosing related faults， using a failure case as an example.

Keywords： BMW air conditioning system; Water-cooled condenser

CLC NO.： U472.4? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-213-03

前言

伴隨著寶馬B系列發(fā)動機的普遍使用，其配套的空調(diào)系統(tǒng)也有一些新的變化。比如如壓縮機采用了帶變量調(diào)節(jié)閥的變排量壓縮機以達(dá)到節(jié)能減排的效果;空調(diào)管路采用了雙層嵌套的帶內(nèi)部熱交換器（IWT）的空調(diào)管路，可以讓蒸發(fā)器到空調(diào)壓縮機的制冷劑和從冷凝器到膨脹閥的制冷劑進(jìn)行熱交換，從而提高制冷效率;采用了蓄能蒸發(fā)器，其在設(shè)置在蒸發(fā)器前方，具有較好的熱量儲存能力，在壓縮機工作時從被蒸發(fā)器制冷，在發(fā)動機熄火時可以替代蒸發(fā)器給空氣制冷，以配合發(fā)動機自動啟停系統(tǒng)，讓車輛在發(fā)動機停機時也能正常制冷。

但其最大的變化還是采用了水冷型的空調(diào)冷凝器。在傳統(tǒng)的車輛上，冷凝器安裝在發(fā)動機散熱器前方，通過流動的空氣進(jìn)行冷卻，使得制冷劑由氣態(tài)冷凝為液態(tài)并放出從蒸發(fā)器里吸收的熱量。在B48、B58發(fā)動機配套的空調(diào)系統(tǒng)中，由冷卻液冷卻的冷凝器取代了傳統(tǒng)的風(fēng)冷冷凝器。水冷冷凝器受環(huán)境溫度的影響更小，制冷效率更高，同時由于冷凝器的體積小，制冷劑的加注量也可以減少。

1 寶馬新型空調(diào)系統(tǒng)工作原理

1.1 水冷冷凝器和低溫冷卻液循環(huán)工作原理

在配備了水冷型冷凝器的寶馬新型空調(diào)系統(tǒng)中，經(jīng)過冷凝器的的制冷劑和一個冷卻液進(jìn)行熱交換，從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)同時放出熱量。由于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的冷卻液溫度較高，不利于和制冷劑進(jìn)行熱交換，因此寶馬專門設(shè)計了一套低溫冷卻系統(tǒng)。這套低溫冷卻系統(tǒng)除了用于水冷型冷凝器之外，還用作水冷中冷器的冷卻。寶馬低溫冷卻液循環(huán)原理如圖2所示。

圖中元件的說明見表1。

低溫冷卻液散熱器安裝在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散熱器的前方，即傳統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器安裝的位置。該散熱器由發(fā)動機冷卻系統(tǒng)電子風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。因此在該系統(tǒng)中，低溫冷卻液循環(huán)的工作情況，會直接影響到冷凝器的工作。

此冷卻液循環(huán)獨立于發(fā)動機制冷系統(tǒng)，有獨立的冷卻液補液罐和獨立的電子水泵，從圖2中看到，在低溫冷卻循環(huán)中，冷卻液從水泵出來以后分成兩支，一支去往水冷冷凝器，一支去往增壓空氣冷卻器。從兩個部件出來后，匯合成一支，在低溫散熱器中冷卻后回到水泵。此外，為了補償冷卻液溫度變化造成的體積變化，還設(shè)置了補液罐，補液罐回水口連接的是增壓空氣冷卻器，出水口連接到水泵入口處。

1.2 寶馬新型空調(diào)系統(tǒng)其他部件工作原理

1.2.1 蓄能蒸發(fā)器

當(dāng)前寶馬車輛都配備的自動啟停系統(tǒng)，當(dāng)自動啟停系統(tǒng)工作時，空調(diào)壓縮機將不工作，蒸發(fā)器溫度將會上升，車內(nèi)制冷效果將會下降。因此，對于配備傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的車輛，一般在空調(diào)開啟時，自動啟停就不會生效。寶馬公司為了降低車輛能耗，在傳統(tǒng)的蒸發(fā)器前方設(shè)置了蓄能蒸發(fā)器，蓄能蒸發(fā)器內(nèi)部的介質(zhì)具有很好的吸熱放熱和儲熱的能力。當(dāng)空調(diào)制冷功能啟動后，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，蓄能蒸發(fā)器被冷卻;當(dāng)發(fā)動機停止工作時，蓄能蒸發(fā)器能保持較長時間的低溫，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸發(fā)器對經(jīng)過的空氣進(jìn)行制冷。

蓄能蒸發(fā)器的使用，可以使配備自動啟停功能的車輛的獲得更長的發(fā)動機停止工作時間，在從而提高車輛的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

1.3 IWT內(nèi)部熱交換器

IWT內(nèi)部熱交換器是一個雙層嵌套的管道，內(nèi)部為低壓管路，外層為高壓管路。從蒸發(fā)器回到壓縮機的低溫制冷劑和去往蒸發(fā)器的高溫制冷劑在管路中進(jìn)行熱交換，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑的焓得以降低，從而提升了制冷效率。

2 空調(diào)水冷冷凝器相關(guān)故障案例一則

2.1 故障現(xiàn)象確認(rèn)

某客戶的寶馬7系（G12），發(fā)動機為B58，行駛里程為1380km?？蛻敉对V的故障現(xiàn)象為：空調(diào)制冷效果不佳，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時有輕微抖動的現(xiàn)象，偶爾發(fā)生運轉(zhuǎn)期間熄火的現(xiàn)象。維修技師試車發(fā)現(xiàn)空調(diào)正常工作，多次轟油門讓發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)后出現(xiàn)空調(diào)制冷不足的情況。進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)空調(diào)壓縮機有反復(fù)接通、斷開的現(xiàn)象，發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨著壓縮機的接通、斷開出現(xiàn)反復(fù)波動，熄火現(xiàn)象沒有出現(xiàn)，其他功能均正常。

2.2 故障診斷過程

為了找到故障點，維修技師進(jìn)行了以下診斷和分析。

（1）連接寶馬專用診斷軟件ISTA讀取故障碼，沒有空調(diào)相關(guān)的故障記錄。開啟空調(diào)的MAX AC功能，調(diào)用控制單元功能查看空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器溫度在12-18度左右，高于正常值（2-8度左右）。

（2）讀取制冷劑壓力傳感器數(shù)值，同時連接空調(diào)加注機，查看空調(diào)高壓和低壓壓力。高壓壓力兩個一致都是在25-30bar之間變化，低壓在3-5bar之間變化。在高壓壓力達(dá)到30bar時，壓縮機停止工作。至此，故障的直接原因確認(rèn)為高壓壓力過高，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)保護(hù)性斷開了壓縮機。

（3）對導(dǎo)致高壓壓力過高的可能原因進(jìn)行分析：①管路變形或堵塞②空調(diào)冷凝器堵塞（根據(jù)高壓維修接口的位置和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，此部件已排除）③膨脹閥開度偏?、苤评鋭┘幼⑦^量⑤制冷劑散熱不良。

（4）根據(jù)故障可能性的分析，首先檢查高低壓管路，發(fā)現(xiàn)并無管路彎曲變形的情況。嘗試回收制冷劑發(fā)現(xiàn)制冷劑加注量正常，按要求重新抽真空加注后系統(tǒng)故障依舊。

（5）懷疑可能是某個部件發(fā)生了堵塞。使用紅外測溫儀檢測循環(huán)回路各個點的部件溫度，測量數(shù)據(jù)為：冷凝器入口92℃、出口63℃，膨脹閥入口41℃。從數(shù)據(jù)上沒有看出太大問題。

（6）再次結(jié)合高低壓力觀察數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空調(diào)高壓壓力升高過程中，蒸發(fā)器溫度慢慢變低，當(dāng)壓縮機退出工作高壓壓力下降時蒸發(fā)器溫度開始升高。也就是當(dāng)高壓壓力最大時制冷效果最好，高壓壓力變小時制冷效果變差，懷疑是膨脹閥開度不夠。更換膨脹閥后試車，故障依舊存在。再次拆卸膨脹閥，確認(rèn)膨脹閥在室溫下是打開的。

（7）嘗試用壓縮空氣檢查蒸發(fā)器和各個管路的導(dǎo)通性，通風(fēng)量良好，未發(fā)現(xiàn)有堵塞的現(xiàn)象。少加200g制冷劑進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)故障依舊，高壓依然能達(dá)到30bar。

（8）懷疑是制冷劑的散熱不好。將制冷劑加注為標(biāo)準(zhǔn)量，在系統(tǒng)工作時往冷凝器上淋水，同時查看數(shù)據(jù)流，此時蒸發(fā)器的溫度不斷下降，同時高壓壓力也回到正常的工作范圍，確認(rèn)故障原因是制冷劑散熱不良。

（9）分析該車制冷劑的散熱系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該車由低溫冷卻回路對冷凝器進(jìn)行散熱。檢測低溫冷卻回路，首先擰開低溫冷卻回路的補液罐，測量冷卻液溫度正常。用ISTA激活檢查低溫回路內(nèi)的電動冷卻液泵，從補液罐內(nèi)觀察冷卻液的流動情況，發(fā)現(xiàn)水泵工作，補液罐內(nèi)冷卻液也流動。拆卸低溫冷卻回路的管路用壓縮空氣檢查空調(diào)冷凝器和循環(huán)管路的導(dǎo)通性，通風(fēng)量良好，未發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象，冷凝器和管路都沒有問題。用壓縮空氣檢查低溫水箱的導(dǎo)通性，發(fā)現(xiàn)往從水箱進(jìn)水口里加壓時水箱內(nèi)部能存留很小的壓力（氣槍移開時會有很輕微的回流泄氣聲音），懷疑水箱堵了。進(jìn)一步拆卸檢查測測試，確認(rèn)水箱堵塞。

（10）更換低溫冷卻循環(huán)水箱，給低溫冷卻循環(huán)加注冷卻液并排氣后，故障排除。

2.3 故障診斷過程回顧

確認(rèn)故障原因后，再回過頭看診斷過程中的測量數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)一些問題。

（1）測量壓力只注意到了高壓壓力偏高，沒有注意到低壓壓力達(dá)到5bar也已經(jīng)偏高了。如果是系統(tǒng)堵塞的原因，高壓壓力偏高的同時，低壓壓力應(yīng)該應(yīng)該偏低才對。高壓壓力和低壓壓力同時偏高，一般是制冷劑加注過多、制冷劑中混有空氣或制冷劑散熱不良?；厥罩评鋭┌l(fā)現(xiàn)制冷劑加注量正常，重新加注后故障依舊，就可以排除制冷劑加注過多和混有空氣兩種可能性，在后面的診斷中就應(yīng)該把故障診斷的要點放在冷凝器上。

（2）如果膨脹閥開度過小，從蒸發(fā)器出來的制冷劑的溫度應(yīng)該偏高。但是維修技師測量溫度時卻沒有測量這個溫度。實際上，空調(diào)壓力升高時蒸發(fā)器溫度下降并不是因為膨脹閥損壞，而是因為高壓壓力升高后，制冷劑的沸點也會升高，而制冷劑的沸點越高，則冷凝的效果越好，更多的制冷劑變?yōu)橐簯B(tài)才使得蒸發(fā)器的溫度降低。

（3）維修技師對水冷型的冷凝器研究不足，對低溫冷卻系統(tǒng)和空調(diào)制冷循環(huán)的關(guān)系不夠了解，因此在前面的診斷過程中，一直沒有考慮到冷卻液循環(huán)的問題，以至于故障診斷走了彎路。

（4）最終的診斷結(jié)果也解釋了為什么發(fā)動機會抖。原因在于低溫冷卻循環(huán)不僅作用于空調(diào)冷凝器，也作用于增壓冷卻。因此，低溫散熱器堵塞，也會導(dǎo)致進(jìn)氣上的故障。

3 總結(jié)

使用水冷冷凝器的車輛，其空調(diào)系統(tǒng)故障的診斷和一般空調(diào)有很大的差異，在診斷空調(diào)制冷循環(huán)問題的時候，必須考慮到低溫冷卻循環(huán)的工作是否正常。如果對這套系統(tǒng)的工作原理不了解，對其工作特性不熟悉，就會導(dǎo)致在故障診斷中走彎路。

參考文獻(xiàn)

[1] BMW AG.技術(shù)培訓(xùn)產(chǎn)品信息：G11/G12暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，2015.