寶馬水冷冷凝器空調工作原理及故障案例一則

周遠芳 呂旭

摘 要：當前寶馬品牌的汽車，大都在配套了使用水冷冷凝器等新技術的新型空調系統。研究這些新技術的工作原理，對診斷這些車型的空調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系統的工作原理，并以一個故障案例為例，分析了在診斷相關故障時的注意事項。

關鍵字：寶馬空調系統;水冷冷凝器

中圖分類號：U472.4? 文獻標識碼：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系列發動機的普遍使用，其配套的空調系統也有一些新的變化。比如如壓縮機采用了帶變量調節閥的變排量壓縮機以達到節能減排的效果;空調管路采用了雙層嵌套的帶內部熱交換器（IWT）的空調管路，可以讓蒸發器到空調壓縮機的制冷劑和從冷凝器到膨脹閥的制冷劑進行熱交換，從而提高制冷效率;采用了蓄能蒸發器，其在設置在蒸發器前方，具有較好的熱量儲存能力，在壓縮機工作時從被蒸發器制冷，在發動機熄火時可以替代蒸發器給空氣制冷，以配合發動機自動啟停系統，讓車輛在發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冷凝器。在傳統的車輛上，冷凝器安裝在發動機散熱器前方，通過流動的空氣進行冷卻，使得制冷劑由氣態冷凝為液態并放出從蒸發器里吸收的熱量。在B48、B58發動機配套的空調系統中，由冷卻液冷卻的冷凝器取代了傳統的風冷冷凝器。水冷冷凝器受環境溫度的影響更小，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 寶馬新型空調系統工作原理

1.1 水冷冷凝器和低溫冷卻液循環工作原理

在配備了水冷型冷凝器的寶馬新型空調系統中，經過冷凝器的的制冷劑和一個冷卻液進行熱交換，從氣態變為液態同時放出熱量。由于發動機冷卻系統的冷卻液溫度較高，不利于和制冷劑進行熱交換，因此寶馬專門設計了一套低溫冷卻系統。這套低溫冷卻系統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動機冷卻系統散熱器的前方，即傳統風冷冷凝器安裝的位置。該散熱器由發動機冷卻系統電子風扇進行冷卻。因此在該系統中，低溫冷卻液循環的工作情況，會直接影響到冷凝器的工作。

此冷卻液循環獨立于發動機制冷系統，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 寶馬新型空調系統其他部件工作原理

1.2.1 蓄能蒸發器

當前寶馬車輛都配備的自動啟停系統，當自動啟停系統工作時，空調壓縮機將不工作，蒸發器溫度將會上升，車內制冷效果將會下降。因此，對于配備傳統的空調系統的車輛，一般在空調開啟時，自動啟停就不會生效。寶馬公司為了降低車輛能耗，在傳統的蒸發器前方設置了蓄能蒸發器，蓄能蒸發器內部的介質具有很好的吸熱放熱和儲熱的能力。當空調制冷功能啟動后，在發動機運轉時，蓄能蒸發器被冷卻;當發動機停止工作時，蓄能蒸發器能保持較長時間的低溫，從而代替傳統蒸發器對經過的空氣進行制冷。

蓄能蒸發器的使用，可以使配備自動啟停功能的車輛的獲得更長的發動機停止工作時間，在從而提高車輛的經濟性和環保性。

1.3 IWT內部熱交換器

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

2 空調水冷冷凝器相關故障案例一則

2.1 故障現象確認

某客戶的寶馬7系（G12），發動機為B58，行駛里程為1380km。客戶投訴的故障現象為：空調制冷效果不佳，發動機運轉時有輕微抖動的現象，偶爾發生運轉期間熄火的現象。維修技師試車發現空調正常工作，多次轟油門讓發動機高速運轉后出現空調制冷不足的情況。進行檢查后發現空調壓縮機有反復接通、斷開的現象，發動機轉速隨著壓縮機的接通、斷開出現反復波動，熄火現象沒有出現，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，沒有空調相關的故障記錄。開啟空調的MAX AC功能，調用控制單元功能查看空調系統數據流，發現蒸發器溫度在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值，同時連接空調加注機，查看空調高壓和低壓壓力。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。在高壓壓力達到30bar時，壓縮機停止工作。至此，故障的直接原因確認為高壓壓力過高，導致空調系統保護性斷開了壓縮機。

（3）對導致高壓壓力過高的可能原因進行分析：①管路變形或堵塞②空調冷凝器堵塞（根據高壓維修接口的位置和壓力傳感器的數據，此部件已排除）③膨脹閥開度偏小④制冷劑加注過量⑤制冷劑散熱不良。

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

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

（6）再次結合高低壓力觀察數據流，發現當空調高壓壓力升高過程中，蒸發器溫度慢慢變低，當壓縮機退出工作高壓壓力下降時蒸發器溫度開始升高。也就是當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，確認膨脹閥在室溫下是打開的。

（7）嘗試用壓縮空氣檢查蒸發器和各個管路的導通性，通風量良好，未發現有堵塞的現象。少加200g制冷劑進行測試，發現故障依舊，高壓依然能達到30bar。

（8）懷疑是制冷劑的散熱不好。將制冷劑加注為標準量，在系統工作時往冷凝器上淋水，同時查看數據流，此時蒸發器的溫度不斷下降，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，發現該車由低溫冷卻回路對冷凝器進行散熱。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的電動冷卻液泵，從補液罐內觀察冷卻液的流動情況，發現水泵工作，補液罐內冷卻液也流動。拆卸低溫冷卻回路的管路用壓縮空氣檢查空調冷凝器和循環管路的導通性，通風量良好，未發現有堵塞現象，冷凝器和管路都沒有問題。用壓縮空氣檢查低溫水箱的導通性，發現往從水箱進水口里加壓時水箱內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。進一步拆卸檢查測測試，確認水箱堵塞。

（10）更換低溫冷卻循環水箱，給低溫冷卻循環加注冷卻液并排氣后，故障排除。

2.3 故障診斷過程回顧

確認故障原因后，再回過頭看診斷過程中的測量數據，可以發現一些問題。

（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到5bar也已經偏高了。如果是系統堵塞的原因，高壓壓力偏高的同時，低壓壓力應該應該偏低才對。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。回收制冷劑發現制冷劑加注量正常，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，從蒸發器出來的制冷劑的溫度應該偏高。但是維修技師測量溫度時卻沒有測量這個溫度。實際上，空調壓力升高時蒸發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，更多的制冷劑變為液態才使得蒸發器的溫度降低。

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

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

3 總結

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

參考文獻

[1] BMW AG.技術培訓產品信息：G11/G12暖風空調系統，2015.