2016年雷克薩斯GS300h空調(diào)異響且制冷效果差

◆文/李明權(quán)勞模創(chuàng)新工作室 張東升

故障現(xiàn)象

一輛2016年雷克薩斯GS300h混動，搭載2AR型2.5L發(fā)動機(jī)和105kW電動機(jī)，VIN碼為JTHBH1BL0GA00＊＊＊＊，行駛里程為65 743km。車主反映，該車開空調(diào)后車內(nèi)會出現(xiàn)持續(xù)的“滴滴”異響聲，類似于電流聲，同時(shí)空調(diào)制冷效果也不好。

故障診斷與排除

接車后，首先與車主進(jìn)行深入溝通，并獲得了以下信息：

1.該車出現(xiàn)“滴滴”異響并不是在開啟空調(diào)后馬上就會出現(xiàn)，而是在開啟空調(diào)大約20～30min后才最容易出現(xiàn)異響；

2.異響出現(xiàn)后，空調(diào)制冷效果也隨之變差；

3.在異響未出現(xiàn)時(shí)，空調(diào)工作正常，制冷效果也正常；

4.在使用空調(diào)時(shí)，車主總是習(xí)慣調(diào)到“AUTO”擋，溫度設(shè)置在22～24℃之間，內(nèi)循環(huán)模式，風(fēng)向吹臉和吹腳模式，風(fēng)量在2～3擋之間；

查詢故障車的維修歷史記錄，無相關(guān)系統(tǒng)的維修檢查或事故維修記錄，但在一個(gè)半月前更換過混合動力蓄電池組，其他都是正常的保養(yǎng)記錄。

按照與車主交流時(shí)獲得的信息進(jìn)行試車及模擬測試，希望能再現(xiàn)故障。為了能夠及時(shí)且全面地了解掌握故障再現(xiàn)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，先連接空調(diào)壓力表和GTS專用診斷電腦，再啟動發(fā)動機(jī)并開啟空調(diào)，空調(diào)設(shè)置在“AUTO”擋、22℃、內(nèi)循環(huán)、2擋風(fēng)量，大約22min時(shí)“滴滴”的異響聲出現(xiàn)了。異響來源于發(fā)動機(jī)艙左側(cè)的空調(diào)壓縮機(jī)處。為進(jìn)一步確定異響位置，使用聽診器及通過開關(guān)空調(diào)開關(guān)的方式確認(rèn)異響來自于空調(diào)壓縮機(jī)內(nèi)部。此時(shí)，車內(nèi)空調(diào)制冷效果確實(shí)不好，蒸發(fā)器目標(biāo)溫度為2℃，但實(shí)際溫度卻是高達(dá)9.5℃。關(guān)閉空調(diào)或者IG OFF等待5min后重新啟動發(fā)動機(jī)并開啟空調(diào)，異響沒有立即再現(xiàn)，但一段時(shí)間后再次出現(xiàn)。由此判斷該車故障現(xiàn)象、故障規(guī)律與車主描述基本一致，需要進(jìn)一步檢測。

檢查故障時(shí)空調(diào)系統(tǒng)壓力：低壓為-0.6MPa，高壓為1.3MPa(圖1)。故障車空調(diào)系統(tǒng)低壓端壓力值為負(fù)值，存在明顯異常，正常情況下低壓應(yīng)在0.25MPa左右。查看故障車空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器的目標(biāo)溫度是2℃，但實(shí)際溫度卻高達(dá)9.5℃(正常情況下，實(shí)際溫度接近于目標(biāo)溫度)；電動空調(diào)壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速為5 200r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為5 190r/min，目標(biāo)與實(shí)際轉(zhuǎn)速較為接近，正常，但此車空調(diào)壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是6 500r/min，說明空調(diào)壓縮機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(即大負(fù)荷狀態(tài))。

圖1 故障車空調(diào)系統(tǒng)壓力

關(guān)閉空調(diào)AC開關(guān)約8min后，重新開啟空調(diào)，系統(tǒng)各主要參數(shù)(管路高低壓力值，蒸發(fā)器目標(biāo)值和實(shí)際值，壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速)及制冷效果都恢復(fù)正常，由此說明空調(diào)控制系統(tǒng)工作正常。

通過以上檢查及綜合分析并結(jié)合自己的維修經(jīng)驗(yàn)，初步推斷該車空調(diào)管路存在“冰堵”，且膨脹閥處出現(xiàn)“冰堵”的可能性最大。故障再現(xiàn)時(shí)，查看膨脹閥，發(fā)現(xiàn)該處果真結(jié)冰(圖2)。

圖2 故障再現(xiàn)時(shí)膨脹閥冰堵狀態(tài)

很明顯，該車故障點(diǎn)就在膨脹閥上。膨脹閥處出現(xiàn)“冰堵”，空調(diào)管路堵塞，使得管路低壓端壓力為負(fù)值；制冷劑無法正常循環(huán)流動，空調(diào)制冷效果變差。與此同時(shí)，空調(diào)ECU通過車內(nèi)溫度傳感器發(fā)現(xiàn)制冷不足(與系統(tǒng)設(shè)定的溫度差異太大)，于是便向空調(diào)壓縮機(jī)下達(dá)高速旋轉(zhuǎn)的指令，所以壓縮機(jī)一直處于高負(fù)荷狀態(tài)。

導(dǎo)致膨脹閥出現(xiàn)“冰堵”的可能原因有：制冷劑管路中含水量超標(biāo)；管路堵塞(異物侵入或部件磨損的雜質(zhì))；膨脹閥內(nèi)部故障；制冷劑不純；系統(tǒng)控制故障。

本著先易后難的原則，對上述可能原因逐項(xiàng)進(jìn)行檢查。對空調(diào)系統(tǒng)管路抽真空大約40min后，重新加注新的制冷劑后試車，故障依舊，可以排除制冷劑不純及管路中含水量超標(biāo)的可能。關(guān)閉空調(diào)AC開關(guān)約8min后，重新開啟空調(diào)，系統(tǒng)正常，說明空調(diào)管路不存在堵塞、且空調(diào)控制系統(tǒng)正常。通過排除法，唯一沒有排除的故障原因是膨脹閥本體。

更換新的膨脹閥后試車，故障依舊，且故障現(xiàn)象與之前的完全一樣，異響且制冷效果下降。故障診斷工作頓時(shí)陷入僵局。

就在一籌莫展之際，突然想到了汽修人員最好的老師——維修手冊。希望通過查閱維修手冊上的故障癥狀列表和檢查步驟，以找到之前的診斷過程中存在的遺漏點(diǎn)。查閱維修手冊的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了“噴射器循環(huán)系統(tǒng) (ECS) 型冷卻器1號蒸發(fā)器”這個(gè)從未見過的新名詞，而故障車就是采用了這種新型號的蒸發(fā)器芯(只應(yīng)用在改款混動車型上)。

雷克薩斯GS300h空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)(圖3)就有別于常規(guī)車型，采用噴射器循環(huán)系統(tǒng) (ECS) 型蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器入口端設(shè)計(jì)有一個(gè)噴射器。噴射器位于頂部水箱內(nèi)，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)分別流入逆風(fēng)和順風(fēng)部分，實(shí)現(xiàn)了噴射器循環(huán)從而提高能量效率和冷卻性能。也就是說通過降低電動逆變器壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速或工作頻率，來改善空調(diào)功耗。

圖3 故障車噴射器循環(huán)系統(tǒng)(ECS)型蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)

詳細(xì)了解了該蒸發(fā)器芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后，頓時(shí)茅塞頓開。在故障車的空調(diào)管路中，除了膨脹閥外，還有一個(gè)部件——噴射器內(nèi)也容易發(fā)生“冰堵”現(xiàn)象。因?yàn)閲娚淦鲀?nèi)部也具有與膨脹閥類似的節(jié)流孔，而“冰堵”現(xiàn)象最容易發(fā)生在管路中狹小的部位。況且，噴射器與膨脹閥相鄰，膨脹閥出現(xiàn)了“冰堵”，噴射器也就很難幸免。在常規(guī)制冷劑循環(huán)中，液態(tài)制冷劑通過冷卻器膨脹閥進(jìn)入冷卻器蒸發(fā)器分總成吸收熱量(圖4)，從而產(chǎn)生冷氣。在制冷過程中，由于制冷劑壓力迅速下降而形成渦流，導(dǎo)致能量損失。

圖4 常規(guī)制冷劑循環(huán)工作原理

在帶噴射器的制冷劑循環(huán)中(圖5)，從冷凝器總成流出的高溫高壓液態(tài)制冷劑在噴嘴部分減壓，吸入來自順風(fēng)側(cè)冷卻器1號蒸發(fā)器的低溫低壓氣態(tài)制冷劑。制冷劑在混合部分進(jìn)行混合且流速在擴(kuò)散部分下降，從而使制冷劑得到加壓并流入逆風(fēng)側(cè)的冷卻器1號蒸發(fā)器。這實(shí)現(xiàn)了順風(fēng)側(cè)冷卻器1號蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑壓力低于逆風(fēng)側(cè)的條件，從而創(chuàng)造了低溫條件。因此，由逆風(fēng)側(cè)冷卻器1號蒸發(fā)器冷卻的氣體繼續(xù)由順風(fēng)側(cè)冷卻器1號蒸發(fā)器冷卻，提高冷卻器1號蒸發(fā)器的效率，從而提高了能量效率和冷卻性能。同時(shí)，降低電動逆變器壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到空調(diào)功耗降低的目的。圖6為噴射器的結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖5 帶噴射器制冷劑循環(huán)工作原理

圖6 噴射器的結(jié)構(gòu)和工作原理

由于該噴射器是集成于蒸發(fā)器內(nèi)部(圖7)，無法單獨(dú)進(jìn)行更換，更換蒸發(fā)器總成后再次試車，該車故障被徹底排除。

圖7 故障車蒸發(fā)器上集成有噴射器

維修小結(jié)

本案例中，由于噴射器內(nèi)部故障導(dǎo)致該節(jié)流口處出現(xiàn)“冰堵”，進(jìn)而牽連至膨脹閥處也形成“冰堵”，致使系統(tǒng)管路低壓端的壓力為負(fù)值。管路中的制冷劑無法正常循環(huán)流動，使得空調(diào)制冷效果變差。

另外，空調(diào)ECU通過車內(nèi)溫度傳感器發(fā)現(xiàn)制冷不足后，便向壓縮機(jī)發(fā)出高速旋轉(zhuǎn)以加大制冷效果的指令。由于管路堵塞，壓縮機(jī)大負(fù)荷高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，壓縮機(jī)的進(jìn)項(xiàng)不足，反過來也會影響或限制高壓端的輸出，所以出現(xiàn)低壓壓力是負(fù)值，而高壓壓力正常的現(xiàn)象。這種狀態(tài)下，壓縮機(jī)就像被拔河一樣，兩邊同時(shí)受力，勢必就會造成壓縮機(jī)內(nèi)部共振，從而出現(xiàn)異響。

專家點(diǎn)評

焦建剛

從本案例可以看出，無論故障的表現(xiàn)形式或者造成故障的根源如何變化，但是作為空調(diào)系統(tǒng)的一些基本數(shù)據(jù)還是基本不變的，尤其是管路壓力，低壓、高壓的數(shù)據(jù)。在維修檢測空調(diào)系統(tǒng)故障的過程中，這些反映空調(diào)系統(tǒng)工作狀態(tài)的基本數(shù)據(jù)是非常重要的診斷依據(jù)，常常起著決定性的作用。

本案例中的故障車，采用了帶噴射器的蒸發(fā)器，這相當(dāng)于在蒸發(fā)器上增加了一個(gè)串并聯(lián)裝置。一是解決了膨脹閥后端的渦流，二是提高了蒸發(fā)器的工作效率。隨之而來的問題是，一旦噴射器發(fā)生故障，就會導(dǎo)致空調(diào)蒸發(fā)器的制冷劑流量不足，從而影響空調(diào)的制冷效果。

由于存在這樣特殊的結(jié)構(gòu)，在維修此類車輛時(shí)，對于常規(guī)修理企業(yè)來說，就存在信息不暢、來源不足的問題，很有可能成為疑難雜癥。在現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中，以往的經(jīng)驗(yàn)法已很難奏效，為此建議維修企業(yè)，要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，利用正規(guī)的維修數(shù)據(jù)庫，做到對大部分車型維修數(shù)據(jù)的覆蓋，就可以解決目前面臨的維修信息不足的問題。

最后，對本案例中的整個(gè)診斷過程簡單點(diǎn)評如下：作者診斷過程嚴(yán)謹(jǐn)，故障機(jī)理分析清晰且準(zhǔn)確，尤其是向廣大讀者詳細(xì)介紹了帶有蒸發(fā)器噴射器的空調(diào)系統(tǒng)工作原理，對于一線的技術(shù)人員來說，有非常大的幫助作用。在此，對作者表示感謝！