2016年雷克萨斯GS300h空调异响且制冷效果差

◆文/李明权劳模创新工作室 张东升

故障现象

一辆2016年雷克萨斯GS300h混动，搭载2AR型2.5L发动机和105kW电动机，VIN码为JTHBH1BL0GA00＊＊＊＊，行驶里程为65 743km。车主反映，该车开空调后车内会出现持续的“滴滴”异响声，类似于电流声，同时空调制冷效果也不好。

故障诊断与排除

接车后，首先与车主进行深入沟通，并获得了以下信息：

1.该车出现“滴滴”异响并不是在开启空调后马上就会出现，而是在开启空调大约20～30min后才最容易出现异响；

2.异响出现后，空调制冷效果也随之变差；

3.在异响未出现时，空调工作正常，制冷效果也正常；

4.在使用空调时，车主总是习惯调到“AUTO”挡，温度设置在22～24℃之间，内循环模式，风向吹脸和吹脚模式，风量在2～3挡之间；

查询故障车的维修历史记录，无相关系统的维修检查或事故维修记录，但在一个半月前更换过混合动力蓄电池组，其他都是正常的保养记录。

按照与车主交流时获得的信息进行试车及模拟测试，希望能再现故障。为了能够及时且全面地了解掌握故障再现时的相关数据信息，先连接空调压力表和GTS专用诊断电脑，再启动发动机并开启空调，空调设置在“AUTO”挡、22℃、内循环、2挡风量，大约22min时“滴滴”的异响声出现了。异响来源于发动机舱左侧的空调压缩机处。为进一步确定异响位置，使用听诊器及通过开关空调开关的方式确认异响来自于空调压缩机内部。此时，车内空调制冷效果确实不好，蒸发器目标温度为2℃，但实际温度却是高达9.5℃。关闭空调或者IG OFF等待5min后重新启动发动机并开启空调，异响没有立即再现，但一段时间后再次出现。由此判断该车故障现象、故障规律与车主描述基本一致，需要进一步检测。

检查故障时空调系统压力：低压为-0.6MPa，高压为1.3MPa(图1)。故障车空调系统低压端压力值为负值，存在明显异常，正常情况下低压应在0.25MPa左右。查看故障车空调系统数据流，发现蒸发器的目标温度是2℃，但实际温度却高达9.5℃(正常情况下，实际温度接近于目标温度)；电动空调压缩机目标转速为5 200r/min，实际转速为5 190r/min，目标与实际转速较为接近，正常，但此车空调压缩机的最高转速是6 500r/min，说明空调压缩机处于高速运转状态(即大负荷状态)。

图1 故障车空调系统压力

关闭空调AC开关约8min后，重新开启空调，系统各主要参数(管路高低压力值，蒸发器目标值和实际值，压缩机目标转速和实际转速)及制冷效果都恢复正常，由此说明空调控制系统工作正常。

通过以上检查及综合分析并结合自己的维修经验，初步推断该车空调管路存在“冰堵”，且膨胀阀处出现“冰堵”的可能性最大。故障再现时，查看膨胀阀，发现该处果真结冰(图2)。

图2 故障再现时膨胀阀冰堵状态

很明显，该车故障点就在膨胀阀上。膨胀阀处出现“冰堵”，空调管路堵塞，使得管路低压端压力为负值；制冷剂无法正常循环流动，空调制冷效果变差。与此同时，空调ECU通过车内温度传感器发现制冷不足(与系统设定的温度差异太大)，于是便向空调压缩机下达高速旋转的指令，所以压缩机一直处于高负荷状态。

导致膨胀阀出现“冰堵”的可能原因有：制冷剂管路中含水量超标；管路堵塞(异物侵入或部件磨损的杂质)；膨胀阀内部故障；制冷剂不纯；系统控制故障。

本着先易后难的原则，对上述可能原因逐项进行检查。对空调系统管路抽真空大约40min后，重新加注新的制冷剂后试车，故障依旧，可以排除制冷剂不纯及管路中含水量超标的可能。关闭空调AC开关约8min后，重新开启空调，系统正常，说明空调管路不存在堵塞、且空调控制系统正常。通过排除法，唯一没有排除的故障原因是膨胀阀本体。

更换新的膨胀阀后试车，故障依旧，且故障现象与之前的完全一样，异响且制冷效果下降。故障诊断工作顿时陷入僵局。

就在一筹莫展之际，突然想到了汽修人员最好的老师——维修手册。希望通过查阅维修手册上的故障症状列表和检查步骤，以找到之前的诊断过程中存在的遗漏点。查阅维修手册的过程中，我们发现了“喷射器循环系统 (ECS) 型冷却器1号蒸发器”这个从未见过的新名词，而故障车就是采用了这种新型号的蒸发器芯(只应用在改款混动车型上)。

雷克萨斯GS300h空调系统中的蒸发器结构(图3)就有别于常规车型，采用喷射器循环系统 (ECS) 型蒸发器，在蒸发器入口端设计有一个喷射器。喷射器位于顶部水箱内，制冷剂流经蒸发器时分别流入逆风和顺风部分，实现了喷射器循环从而提高能量效率和冷却性能。也就是说通过降低电动逆变器压缩机的转速或工作频率，来改善空调功耗。

图3 故障车喷射器循环系统(ECS)型蒸发器结构

详细了解了该蒸发器芯的结构特点后，顿时茅塞顿开。在故障车的空调管路中，除了膨胀阀外，还有一个部件——喷射器内也容易发生“冰堵”现象。因为喷射器内部也具有与膨胀阀类似的节流孔，而“冰堵”现象最容易发生在管路中狭小的部位。况且，喷射器与膨胀阀相邻，膨胀阀出现了“冰堵”，喷射器也就很难幸免。在常规制冷剂循环中，液态制冷剂通过冷却器膨胀阀进入冷却器蒸发器分总成吸收热量(图4)，从而产生冷气。在制冷过程中，由于制冷剂压力迅速下降而形成涡流，导致能量损失。

图4 常规制冷剂循环工作原理

在带喷射器的制冷剂循环中(图5)，从冷凝器总成流出的高温高压液态制冷剂在喷嘴部分减压，吸入来自顺风侧冷却器1号蒸发器的低温低压气态制冷剂。制冷剂在混合部分进行混合且流速在扩散部分下降，从而使制冷剂得到加压并流入逆风侧的冷却器1号蒸发器。这实现了顺风侧冷却器1号蒸发器内制冷剂压力低于逆风侧的条件，从而创造了低温条件。因此，由逆风侧冷却器1号蒸发器冷却的气体继续由顺风侧冷却器1号蒸发器冷却，提高冷却器1号蒸发器的效率，从而提高了能量效率和冷却性能。同时，降低电动逆变器压缩机的转速，达到空调功耗降低的目的。图6为喷射器的结构和工作原理。

图5 带喷射器制冷剂循环工作原理

图6 喷射器的结构和工作原理

由于该喷射器是集成于蒸发器内部(图7)，无法单独进行更换，更换蒸发器总成后再次试车，该车故障被彻底排除。

图7 故障车蒸发器上集成有喷射器

维修小结

本案例中，由于喷射器内部故障导致该节流口处出现“冰堵”，进而牵连至膨胀阀处也形成“冰堵”，致使系统管路低压端的压力为负值。管路中的制冷剂无法正常循环流动，使得空调制冷效果变差。

另外，空调ECU通过车内温度传感器发现制冷不足后，便向压缩机发出高速旋转以加大制冷效果的指令。由于管路堵塞，压缩机大负荷高速旋转状态下，压缩机的进项不足，反过来也会影响或限制高压端的输出，所以出现低压压力是负值，而高压压力正常的现象。这种状态下，压缩机就像被拔河一样，两边同时受力，势必就会造成压缩机内部共振，从而出现异响。

专家点评

焦建刚

从本案例可以看出，无论故障的表现形式或者造成故障的根源如何变化，但是作为空调系统的一些基本数据还是基本不变的，尤其是管路压力，低压、高压的数据。在维修检测空调系统故障的过程中，这些反映空调系统工作状态的基本数据是非常重要的诊断依据，常常起着决定性的作用。

本案例中的故障车，采用了带喷射器的蒸发器，这相当于在蒸发器上增加了一个串并联装置。一是解决了膨胀阀后端的涡流，二是提高了蒸发器的工作效率。随之而来的问题是，一旦喷射器发生故障，就会导致空调蒸发器的制冷剂流量不足，从而影响空调的制冷效果。

由于存在这样特殊的结构，在维修此类车辆时，对于常规修理企业来说，就存在信息不畅、来源不足的问题，很有可能成为疑难杂症。在现代汽车维修作业中，以往的经验法已很难奏效，为此建议维修企业，要充分利用网络资源，利用正规的维修数据库，做到对大部分车型维修数据的覆盖，就可以解决目前面临的维修信息不足的问题。

最后，对本案例中的整个诊断过程简单点评如下：作者诊断过程严谨，故障机理分析清晰且准确，尤其是向广大读者详细介绍了带有蒸发器喷射器的空调系统工作原理，对于一线的技术人员来说，有非常大的帮助作用。在此，对作者表示感谢！