宝马水冷冷凝器空调工作原理及故障案例一则

周远芳 吕旭

摘 要：当前宝马品牌的汽车，大都在配套了使用水冷冷凝器等新技术的新型空调系统。研究这些新技术的工作原理，对诊断这些车型的空调故障有很重要的意义。文章着重讲述了以水冷冷凝器为代表的宝马新型空调系统的工作原理，并以一个故障案例为例，分析了在诊断相关故障时的注意事项。

关键字：宝马空调系统;水冷冷凝器

中图分类号：U472.4  文献标识码：B  文章编号：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

伴随着宝马B系列发动机的普遍使用，其配套的空调系统也有一些新的变化。比如如压缩机采用了带变量调节阀的变排量压缩机以达到节能减排的效果;空调管路采用了双层嵌套的带内部热交换器（IWT）的空调管路，可以让蒸发器到空调压缩机的制冷剂和从冷凝器到膨胀阀的制冷剂进行热交换，从而提高制冷效率;采用了蓄能蒸发器，其在设置在蒸發器前方，具有较好的热量储存能力，在压缩机工作时从被蒸发器制冷，在发动机熄火时可以替代蒸发器给空气制冷，以配合发动机自动启停系统，让车辆在发动机停机时也能正常制冷。

但其最大的变化还是采用了水冷型的空调冷凝器。在传统的车辆上，冷凝器安装在发动机散热器前方，通过流动的空气进行冷却，使得制冷剂由气态冷凝为液态并放出从蒸发器里吸收的热量。在B48、B58发动机配套的空调系统中，由冷却液冷却的冷凝器取代了传统的风冷冷凝器。水冷冷凝器受环境温度的影响更小，制冷效率更高，同时由于冷凝器的体积小，制冷剂的加注量也可以减少。

1 宝马新型空调系统工作原理

1.1 水冷冷凝器和低温冷却液循环工作原理

在配备了水冷型冷凝器的宝马新型空调系统中，经过冷凝器的的制冷剂和一个冷却液进行热交换，从气态变为液态同时放出热量。由于发动机冷却系统的冷却液温度较高，不利于和制冷剂进行热交换，因此宝马专门设计了一套低温冷却系统。这套低温冷却系统除了用于水冷型冷凝器之外，还用作水冷中冷器的冷却。宝马低温冷却液循环原理如图2所示。

图中元件的说明见表1。

低温冷却液散热器安装在发动机冷却系统散热器的前方，即传统风冷冷凝器安装的位置。该散热器由发动机冷却系统电子风扇进行冷却。因此在该系统中，低温冷却液循环的工作情况，会直接影响到冷凝器的工作。

此冷却液循环独立于发动机制冷系统，有独立的冷却液补液罐和独立的电子水泵，从图2中看到，在低温冷却循环中，冷却液从水泵出来以后分成两支，一支去往水冷冷凝器，一支去往增压空气冷却器。从两个部件出来后，汇合成一支，在低温散热器中冷却后回到水泵。此外，为了补偿冷却液温度变化造成的体积变化，还设置了补液罐，补液罐回水口连接的是增压空气冷却器，出水口连接到水泵入口处。

1.2 宝马新型空调系统其他部件工作原理

1.2.1 蓄能蒸发器

当前宝马车辆都配备的自动启停系统，当自动启停系统工作时，空调压缩机将不工作，蒸发器温度将会上升，车内制冷效果将会下降。因此，对于配备传统的空调系统的车辆，一般在空调开启时，自动启停就不会生效。宝马公司为了降低车辆能耗，在传统的蒸发器前方设置了蓄能蒸发器，蓄能蒸发器内部的介质具有很好的吸热放热和储热的能力。当空调制冷功能启动后，在发动机运转时，蓄能蒸发器被冷却;当发动机停止工作时，蓄能蒸发器能保持较长时间的低温，从而代替传统蒸发器对经过的空气进行制冷。

蓄能蒸发器的使用，可以使配备自动启停功能的车辆的获得更长的发动机停止工作时间，在从而提高车辆的经济性和环保性。

1.3 IWT内部热交换器

IWT内部热交换器是一个双层嵌套的管道，内部为低压管路，外层为高压管路。从蒸发器回到压缩机的低温制冷剂和去往蒸发器的高温制冷剂在管路中进行热交换，进入蒸发器的制冷剂的焓得以降低，从而提升了制冷效率。

2 空调水冷冷凝器相关故障案例一则

2.1 故障现象确认

某客户的宝马7系（G12），发动机为B58，行驶里程为1380km。客户投诉的故障现象为：空调制冷效果不佳，发动机运转时有轻微抖动的现象，偶尔发生运转期间熄火的现象。维修技师试车发现空调正常工作，多次轰油门让发动机高速运转后出现空调制冷不足的情况。进行检查后发现空调压缩机有反复接通、断开的现象，发动机转速随着压缩机的接通、断开出现反复波动，熄火现象没有出现，其他功能均正常。

2.2 故障诊断过程

为了找到故障点，维修技师进行了以下诊断和分析。

（1）连接宝马专用诊断软件ISTA读取故障码，没有空调相关的故障记录。开启空调的MAX AC功能，调用控制单元功能查看空调系统数据流，发现蒸发器温度在12-18度左右，高于正常值（2-8度左右）。

（2）读取制冷剂压力传感器数值，同时连接空调加注机，查看空调高压和低压压力。高压压力两个一致都是在25-30bar之间变化，低压在3-5bar之间变化。在高压压力达到30bar时，压缩机停止工作。至此，故障的直接原因确认为高压压力过高，导致空调系统保护性断开了压缩机。

（3）对导致高压压力过高的可能原因进行分析：①管路变形或堵塞②空调冷凝器堵塞（根据高压维修接口的位置和压力传感器的数据，此部件已排除）③膨胀阀开度偏小④制冷剂加注过量⑤制冷剂散热不良。

（4）根据故障可能性的分析，首先检查高低压管路，发现并无管路弯曲变形的情况。尝试回收制冷剂发现制冷剂加注量正常，按要求重新抽真空加注后系统故障依旧。

（5）怀疑可能是某个部件发生了堵塞。使用红外测温仪检测循环回路各个点的部件温度，测量数据为：冷凝器入口92℃、出口63℃，膨胀阀入口41℃。从数据上没有看出太大问题。

（6）再次结合高低压力观察数据流，发现当空调高压压力升高过程中，蒸发器温度慢慢变低，当压缩机退出工作高压压力下降时蒸发器温度开始升高。也就是当高压压力最大时制冷效果最好，高压压力变小时制冷效果变差，怀疑是膨胀阀开度不够。更换膨胀阀后试车，故障依旧存在。再次拆卸膨胀阀，确认膨胀阀在室温下是打开的。

（7）尝试用压缩空气检查蒸发器和各个管路的导通性，通风量良好，未发现有堵塞的现象。少加200g制冷剂进行测试，发现故障依旧，高压依然能达到30bar。

（8）怀疑是制冷剂的散热不好。将制冷剂加注为标准量，在系统工作时往冷凝器上淋水，同时查看数据流，此时蒸发器的温度不断下降，同时高压压力也回到正常的工作范围，确认故障原因是制冷剂散热不良。

（9）分析該车制冷剂的散热系统，发现该车由低温冷却回路对冷凝器进行散热。检测低温冷却回路，首先拧开低温冷却回路的补液罐，测量冷却液温度正常。用ISTA激活检查低温回路内的电动冷却液泵，从补液罐内观察冷却液的流动情况，发现水泵工作，补液罐内冷却液也流动。拆卸低温冷却回路的管路用压缩空气检查空调冷凝器和循环管路的导通性，通风量良好，未发现有堵塞现象，冷凝器和管路都没有问题。用压缩空气检查低温水箱的导通性，发现往从水箱进水口里加压时水箱内部能存留很小的压力（气枪移开时会有很轻微的回流泄气声音），怀疑水箱堵了。进一步拆卸检查测测试，确认水箱堵塞。

（10）更换低温冷却循环水箱，给低温冷却循环加注冷却液并排气后，故障排除。

2.3 故障诊断过程回顾

确认故障原因后，再回过头看诊断过程中的测量数据，可以发现一些问题。

（1）测量压力只注意到了高压压力偏高，没有注意到低压压力达到5bar也已经偏高了。如果是系统堵塞的原因，高压压力偏高的同时，低压压力应该应该偏低才对。高压压力和低压压力同时偏高，一般是制冷剂加注过多、制冷剂中混有空气或制冷剂散热不良。回收制冷剂发现制冷剂加注量正常，重新加注后故障依旧，就可以排除制冷剂加注过多和混有空气两种可能性，在后面的诊断中就应该把故障诊断的要点放在冷凝器上。

（2）如果膨胀阀开度过小，从蒸发器出来的制冷剂的温度应该偏高。但是维修技师测量温度时却没有测量这个温度。实际上，空调压力升高时蒸发器温度下降并不是因为膨胀阀损坏，而是因为高压压力升高后，制冷剂的沸点也会升高，而制冷剂的沸点越高，则冷凝的效果越好，更多的制冷剂变为液态才使得蒸发器的温度降低。

（3）维修技师对水冷型的冷凝器研究不足，对低温冷却系统和空调制冷循环的关系不够了解，因此在前面的诊断过程中，一直没有考虑到冷却液循环的问题，以至于故障诊断走了弯路。

（4）最终的诊断结果也解释了为什么发动机会抖。原因在于低温冷却循环不仅作用于空调冷凝器，也作用于增压冷却。因此，低温散热器堵塞，也会导致进气上的故障。

3 总结

使用水冷冷凝器的车辆，其空调系统故障的诊断和一般空调有很大的差异，在诊断空调制冷循环问题的时候，必须考虑到低温冷却循环的工作是否正常。如果对这套系统的工作原理不了解，对其工作特性不熟悉，就会导致在故障诊断中走弯路。

参考文献

[1] BMW AG.技术培训产品信息：G11/G12暖风空调系统，2015.