2016年雷克薩斯GS300h空調異響且制冷效果差

◆文/李明權勞模創新工作室 張東升

故障現象

一輛2016年雷克薩斯GS300h混動，搭載2AR型2.5L發動機和105kW電動機，VIN碼為JTHBH1BL0GA00＊＊＊＊，行駛里程為65 743km。車主反映，該車開空調后車內會出現持續的“滴滴”異響聲，類似于電流聲，同時空調制冷效果也不好。

故障診斷與排除

接車后，首先與車主進行深入溝通，并獲得了以下信息：

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

2.異響出現后，空調制冷效果也隨之變差；

3.在異響未出現時，空調工作正常，制冷效果也正常；

4.在使用空調時，車主總是習慣調到“AUTO”擋，溫度設置在22～24℃之間，內循環模式，風向吹臉和吹腳模式，風量在2～3擋之間；

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

按照與車主交流時獲得的信息進行試車及模擬測試，希望能再現故障。為了能夠及時且全面地了解掌握故障再現時的相關數據信息，先連接空調壓力表和GTS專用診斷電腦，再啟動發動機并開啟空調，空調設置在“AUTO”擋、22℃、內循環、2擋風量，大約22min時“滴滴”的異響聲出現了。異響來源于發動機艙左側的空調壓縮機處。為進一步確定異響位置，使用聽診器及通過開關空調開關的方式確認異響來自于空調壓縮機內部。此時，車內空調制冷效果確實不好，蒸發器目標溫度為2℃，但實際溫度卻是高達9.5℃。關閉空調或者IG OFF等待5min后重新啟動發動機并開啟空調，異響沒有立即再現，但一段時間后再次出現。由此判斷該車故障現象、故障規律與車主描述基本一致，需要進一步檢測。

檢查故障時空調系統壓力：低壓為-0.6MPa，高壓為1.3MPa(圖1)。故障車空調系統低壓端壓力值為負值，存在明顯異常，正常情況下低壓應在0.25MPa左右。查看故障車空調系統數據流，發現蒸發器的目標溫度是2℃，但實際溫度卻高達9.5℃(正常情況下，實際溫度接近于目標溫度)；電動空調壓縮機目標轉速為5 200r/min，實際轉速為5 190r/min，目標與實際轉速較為接近，正常，但此車空調壓縮機的最高轉速是6 500r/min，說明空調壓縮機處于高速運轉狀態(即大負荷狀態)。

圖1 故障車空調系統壓力

關閉空調AC開關約8min后，重新開啟空調，系統各主要參數(管路高低壓力值，蒸發器目標值和實際值，壓縮機目標轉速和實際轉速)及制冷效果都恢復正常，由此說明空調控制系統工作正常。

通過以上檢查及綜合分析并結合自己的維修經驗，初步推斷該車空調管路存在“冰堵”，且膨脹閥處出現“冰堵”的可能性最大。故障再現時，查看膨脹閥，發現該處果真結冰(圖2)。

圖2 故障再現時膨脹閥冰堵狀態

很明顯，該車故障點就在膨脹閥上。膨脹閥處出現“冰堵”，空調管路堵塞，使得管路低壓端壓力為負值；制冷劑無法正常循環流動，空調制冷效果變差。與此同時，空調ECU通過車內溫度傳感器發現制冷不足(與系統設定的溫度差異太大)，于是便向空調壓縮機下達高速旋轉的指令，所以壓縮機一直處于高負荷狀態。

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

本著先易后難的原則，對上述可能原因逐項進行檢查。對空調系統管路抽真空大約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的可能。關閉空調AC開關約8min后，重新開啟空調，系統正常，說明空調管路不存在堵塞、且空調控制系統正常。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。查閱維修手冊的過程中，我們發現了“噴射器循環系統 (ECS) 型冷卻器1號蒸發器”這個從未見過的新名詞，而故障車就是采用了這種新型號的蒸發器芯(只應用在改款混動車型上)。

雷克薩斯GS300h空調系統中的蒸發器結構(圖3)就有別于常規車型，采用噴射器循環系統 (ECS) 型蒸發器，在蒸發器入口端設計有一個噴射器。噴射器位于頂部水箱內，制冷劑流經蒸發器時分別流入逆風和順風部分，實現了噴射器循環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的轉速或工作頻率，來改善空調功耗。

圖3 故障車噴射器循環系統(ECS)型蒸發器結構

詳細了解了該蒸發器芯的結構特點后，頓時茅塞頓開。在故障車的空調管路中，除了膨脹閥外，還有一個部件——噴射器內也容易發生“冰堵”現象。因為噴射器內部也具有與膨脹閥類似的節流孔，而“冰堵”現象最容易發生在管路中狹小的部位。況且，噴射器與膨脹閥相鄰，膨脹閥出現了“冰堵”，噴射器也就很難幸免。在常規制冷劑循環中，液態制冷劑通過冷卻器膨脹閥進入冷卻器蒸發器分總成吸收熱量(圖4)，從而產生冷氣。在制冷過程中，由于制冷劑壓力迅速下降而形成渦流，導致能量損失。

圖4 常規制冷劑循環工作原理

在帶噴射器的制冷劑循環中(圖5)，從冷凝器總成流出的高溫高壓液態制冷劑在噴嘴部分減壓，吸入來自順風側冷卻器1號蒸發器的低溫低壓氣態制冷劑。制冷劑在混合部分進行混合且流速在擴散部分下降，從而使制冷劑得到加壓并流入逆風側的冷卻器1號蒸發器。這實現了順風側冷卻器1號蒸發器內制冷劑壓力低于逆風側的條件，從而創造了低溫條件。因此，由逆風側冷卻器1號蒸發器冷卻的氣體繼續由順風側冷卻器1號蒸發器冷卻，提高冷卻器1號蒸發器的效率，從而提高了能量效率和冷卻性能。同時，降低電動逆變器壓縮機的轉速，達到空調功耗降低的目的。圖6為噴射器的結構和工作原理。

圖5 帶噴射器制冷劑循環工作原理

圖6 噴射器的結構和工作原理

由于該噴射器是集成于蒸發器內部(圖7)，無法單獨進行更換，更換蒸發器總成后再次試車，該車故障被徹底排除。

圖7 故障車蒸發器上集成有噴射器

維修小結

本案例中，由于噴射器內部故障導致該節流口處出現“冰堵”，進而牽連至膨脹閥處也形成“冰堵”，致使系統管路低壓端的壓力為負值。管路中的制冷劑無法正常循環流動，使得空調制冷效果變差。

另外，空調ECU通過車內溫度傳感器發現制冷不足后，便向壓縮機發出高速旋轉以加大制冷效果的指令。由于管路堵塞，壓縮機大負荷高速旋轉狀態下，壓縮機的進項不足，反過來也會影響或限制高壓端的輸出，所以出現低壓壓力是負值，而高壓壓力正常的現象。這種狀態下，壓縮機就像被拔河一樣，兩邊同時受力，勢必就會造成壓縮機內部共振，從而出現異響。

專家點評

焦建剛

從本案例可以看出，無論故障的表現形式或者造成故障的根源如何變化，但是作為空調系統的一些基本數據還是基本不變的，尤其是管路壓力，低壓、高壓的數據。在維修檢測空調系統故障的過程中，這些反映空調系統工作狀態的基本數據是非常重要的診斷依據，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器，這相當于在蒸發器上增加了一個串并聯裝置。一是解決了膨脹閥后端的渦流，二是提高了蒸發器的工作效率。隨之而來的問題是，一旦噴射器發生故障，就會導致空調蒸發器的制冷劑流量不足，從而影響空調的制冷效果。

由于存在這樣特殊的結構，在維修此類車輛時，對于常規修理企業來說，就存在信息不暢、來源不足的問題，很有可能成為疑難雜癥。在現代汽車維修作業中，以往的經驗法已很難奏效，為此建議維修企業，要充分利用網絡資源，利用正規的維修數據庫，做到對大部分車型維修數據的覆蓋，就可以解決目前面臨的維修信息不足的問題。

最后，對本案例中的整個診斷過程簡單點評如下：作者診斷過程嚴謹，故障機理分析清晰且準確，尤其是向廣大讀者詳細介紹了帶有蒸發器噴射器的空調系統工作原理，對于一線的技術人員來說，有非常大的幫助作用。在此，對作者表示感謝！