汽车空调系统故障排查

2023-05-08苏秀花闫小波全旺贤赖建文许醇婷

客车技术与研究 2023年2期

苏秀花, 闫小波, 全旺贤, 赖建文, 许醇婷

(柳州五菱新能源汽车有限公司, 广西柳州 545007)

空调系统是汽车重要的组成部件,具有换气、温度调节以及除霜除雾等功能[1-3],可降低驾驶员的疲劳强度,提高驾驶员在行车过程中的安全性[4],其性能好坏直接影响到车辆品质。因此,在汽车空调系统发生故障后,快速找到故障发生的原因并解除故障,对车辆用户具有重要意义。本文基于汽车空调系统常出现的几种故障,以空调系统的组成及工作原理为基础,推导出空调系统可能发生故障的位置或零件,着重分析故障排查的步骤及解决措施,从而快速解决空调故障。

1 汽车空调系统的组成及工作原理

本文以单蒸发器、单压缩机电动空调系统为例解析空调系统的工作原理(如图1所示)。该空调系统由制冷系统、加热系统(PTC)、空气分配系统、空调控制系统组成。通过冷却、干燥、暖风、循环等功能来控制进入车内的空气[5-6],以实现调节温度、通风、除霜等功能[7]。

图1 空调系统控制原理

该系统利用水加热器总成PTC和发动机余热来实现空调暖风功能。通过高压供电给PTC,同时低压线路检测PTC工作温度来进行过热保护。加热器位于机舱内,暖风功能开启时,空调水泵将冷却液输送到PTC加热器内部加热。加热后的冷却液通过管路流经HVAC总成内的暖风加热器作为热源,加热HVAC风道内的空气形成空调暖风。若发动机余热能满足乘员舱制热需求,则不开启PTC;反之,则开启暖风水泵和PTC,由PTC和发动机余热共同给乘员舱制热。车辆采用高压供电的空调压缩机,并通过低压线路的LIN线控制压缩机进行循环制冷。

图2为该空调系统的热管理控制器控制框图,根据空调的系统框图,维修人员可快速理解空调系统的工作原理,了解空调各个用电器间的通讯关系。

图2 空调系统热管理控制器控制框图

2 空调系统常见故障及分析

结合服务站的反馈,空调系统的常见故障有：①空调无法开启;②制冷功能不正常(输出温度与选定温度不一致),仅制冷功能失效(鼓风机正常工作);③空调风扇不出风;④空调风速不可调(鼓风机正常工作);⑤空调出风模式调节不正常、内外循环调节失效;⑥空调水泄漏。

2.1 空调无法开启

车辆正常启动后,打开空调开关,空调无法开启。发生故障的原因可能有：①TCS(热管理控制器)故障,导致TCS与空调控制面板或中控屏失去通讯;②空调控制面板或中控屏故障,空调开关无法开启;③空调控制面板或中控屏线束断路,空调控制面板或中控屏与空调系统失去通讯。

故障排查步骤如下：

1) 首先检查蓄电池电压是否正常。蓄电池的标准电压值范围为11～14 V,若电压值低于11 V,则需给蓄电池充电或更换蓄电池。

2) 检查空调控制面板或中控屏是否正常。若中控屏黑屏或冻屏,则维修中控屏或线束。若空调控制面板按键卡滞、失灵或背光灯不亮,则维修控制面板或线束。

3) 将诊断仪连接到故障车辆的OBD接口读取车辆故障码。若有TCS相关的故障码,则依对应故障码的维修建议进行维修。

4) 检查空调控制面板线束。根据图3的电路原理图,检查空调控制面板电路图的LIN3线束问题。检测空调控制面板线束端连接器各个端子之间的电阻值,电阻测量值应小于1 Ω。若线束检查出现问题,则需更换空调控制面板的线束或连接器,再进行功能验证。

5) 更换空调控制面板,进行功能验证。

图3 空调控制面板电路原理图

2.2 制冷功能不正常

对故障车进行检查,打开车辆空调后,启动制冷功能,出风口位置有风吹出,鼓风机正常运行,但无冷风吹出,吹出的是自然风,达不到制冷的效果[8]。发生故障的原因可能有：①空调系统压力异常;②管路泄漏,制冷剂缺失;③压缩机保险熔断,导致压缩机不工作;④压缩机控制器损坏,导致压缩机不工作;⑤空调电机驱动器损坏;⑥冷暖风门故障。

故障排查步骤如下[9]：

1) 直接观察。首先观察空调管路。若空调的回路某处有油渍[10],可用皂泡法确认空调回路是否有渗漏。其次查看电气线路。若管路渗漏、电气线路断路,则需更换或维修相应组件。

2) 触摸检测空调制冷回路的高压端温度。空调工作10～15 min左右,将手放在空调系统高压端的管路和部件位置。顺序由压缩机的出口管→前端冷却模块的冷凝器→前端冷却模块的干燥罐→膨胀阀进口管处,手触摸到的温度感知应为由热到暖。若是触摸过程中发现某处温度很高,则需检查空调前端冷却模块的电子风扇是否损坏。若电子风扇损坏,则需更换电子风扇并重新进行功能验证;若电子风扇正常工作,则需检查三态压力开关是否正常工作。若触摸的这些零件温度较低,则可能是空调制冷回路发生阻塞、制冷剂缺失、压缩机不运行或运行不良等故障,需根据相应的故障进行维修。

3) 触摸检测空调制冷回路的低压端温度。制冷剂从入口到出口,在流动的同时起到降温的效果,温度不断降低[8],因此温度的感知情况应为：冷凝器入口到冷凝器出口处温度逐渐降低。空调工作10～15 min左右,用手触摸空调回路低压端的管路和部件。从蒸发器到压缩机的进口管处,手感温度应为由凉到冷。若检测位置不凉,则需用压力检测仪检测管路的压力,若压力低于标准值,则说明缺失制冷剂,需向回路增加制冷剂;若压力正常,则需观察空调压缩机是否工作。若压缩机正常工作,则需检查回路是否发生堵塞,即观察管路外壁是否有少量水汽。若无水汽,则说明该管路堵塞,需更换该处管路[11]。若管路没问题,则需检查膨胀阀是否损坏,将膨胀阀拆下,用顶针推开膨胀阀开口处;若无法打开膨胀阀,则说明膨胀阀损坏,需更换膨胀阀[12]。

4) 用相同规格的保险丝替换,检查压缩机保险是否熔断。若更换保险丝后故障解除,则可判断故障是由保险丝熔断或者虚接导致,更换新的保险丝即可。若保险丝再次熔断,则需利用电路图排查并检修短路处。

5) 将诊断仪连接到故障车辆的OBD接口读取车辆故障码。若有故障码,则根据对应故障码的维修建议进行维修。

6) 车辆维修后,清除诊断仪的故障码,重新连接车辆诊断仪读取故障码,确认车辆故障已解除。

2.3 空调风扇不出风

车辆正常开启后,打开空调开关,空调风扇不出风。发生故障的原因可能有：①鼓风机内部保险熔断,导致鼓风机不工作;②鼓风机继电器损坏,导致鼓风机不工作;③鼓风机本体损坏;④TCS(热管理控制器)故障,导致鼓风机失去通讯;⑤鼓风机线束断路,导致鼓风机失去通讯。

故障排查步骤如下：

1) 检查鼓风机保险。用相同规格的保险丝替换原有的鼓风机保险。若安装新的保险丝后,故障解除,可判断故障由鼓风机保险丝熔断或虚接引起,更换新的保险丝即可。若保险丝再次熔断,利用电路图检修短路处。

2) 检查鼓风机继电器。用相同规格继电器替换原有的鼓风机继电器。若安装新的继电器后,故障解除,则可判断故障由继电器损坏引起,更换新的继电器即可。

3) 将诊断仪连接到故障车辆的OBD接口读取车辆故障码。若有故障码,则根据对应故障码的维修建议进行故障维修。

4) 检查鼓风机供电脚。根据图4中的鼓风机电路原理图,断开鼓风机连接器IP133,测线束端电压。在ON档条件下,风量调节至任意档,电压的正常值为11～14 V。若电压在范围内,则进行步骤6检查鼓风机。若电压不在范围内,则更换鼓风机。

5) 检查鼓风机线束。断开鼓风机连接器IP133,测线束电阻值,电阻值应小于1 Ω。若电阻在范围内,则进行下一步检查。若电阻不在范围内,则需更换鼓风机线束。

6) 检查鼓风机。断开鼓风机连接器IP133,给鼓风机两端子通蓄电池电压,检查其是否正常运转。正常情况下鼓风机高速运转。若检查出现异常,则需更换鼓风机。

7) 检查鼓风机至调速模块线路。断开调速模块线束连接器,测量鼓风机线束与调速模块线束之间的电阻。若检查异常,说明控制线路断路或接触不良,需更换对应线束。

8) 检查空调控制器电源。断开空调控制器连接器,打开车辆电源开关,测量空调控制器连接器电源端子与接地之间电压。标准电压值为11～14 V。若电压值在标准范围内,则进行下一步检查。若电压值不在标准范围内,说明电源线路断路或接触不良,需更换对应线束。

9) 检查TCS(热管理控制器)。断开空调控制器连接器,测量空调控制器连接器接地端子与接地之间的电阻。标准电阻值要求小于 1 Ω。若电阻不在合理范围内,则需要维修故障线路。

10) 重新进行功能验证。

图4 电路原理图

2.4 空调风速不可调(鼓风机工作正常)

启动车辆的空调系统,打开制冷或制热功能,调节档位开关,风速没有变化,但是鼓风机正常工作。发生故障的原因可能有：①鼓风机调速电阻模块电阻值不在标准范围内,无法实现调速功能;②空调控制面板的调速按键失效;③TCS(热管理控制器)与鼓风机调速电阻模块失去通讯,无法实现调速功能;④调速电阻模块线束断路,鼓风机调速电阻模块失去通讯,无法实现调速功能。

故障排查步骤如下[13]：

1) 检查鼓风机调速电阻模块。用万用表检查调速电阻模块IP134的电阻值。若电阻值不在标准范围内,则需更换调速电阻模块。

2) 将诊断仪连接到故障车辆的OBD接口读取车辆故障码。若有故障码,则根据对应故障码的维修建议进行维修。

3) 检查调速电阻模块线束。根据图4中的调速电阻电路图排查调速电阻的线束问题。断开电阻模块IP134,测线束电阻值,电阻值应小于1 Ω。若电阻不在范围内,则需要更换调速电阻电路线束。

4) 故障解除后,重启车辆进行功能验证。

2.5 出风模式调节不正常、内外循环调节失效

检查故障车辆空调,空调开启后,选择吹脸、吹脚或除霜模式,出风模式不正常;或选择空气内、外循环调节模式,其功能失效。发生故障的原因可能有：①模式风门、循环风门故障;②模式风门、循环风门执行器线束断路,导致模式风门、循环风门执行器不工作;③风道堵塞或漏风。

故障排查步骤如下：

1) 查看模式风门、循环风门挡板是否卡滞。拆空调箱总成查看风门挡板,若风门挡板卡滞,则维修风门。

2) 将诊断仪连接到故障车辆的OBD接口读取车辆故障码。若有故障码,则根据对应故障码的维修建议进行维修。

3) 检查模式风门执行器线束。根据“模式风门执行器IP129或IP130电路图”排查线束问题。模式风门执行器电路图见图4相应位置,断开模式风门执行器IP129或IP130,测线束电阻值,电阻值应小于1 Ω。电阻不在范围内,则需更换模式风门执行器线束。

4) 故障解除后,重启车辆进行功能验证。

2.6 空调水泄漏

故障车辆出现空调漏水问题,其原因可能有：①排水管与HVAC脱开;②排水管与车身连接故障;③排水管破损;④排水管堵塞。可通过排查可疑问题点进行维修。

3 典型案例分析

某MPV在行驶50 000 km后启动空调制冷,吹风机风量及风量调节开关正常使用,但是开启冷风偶尔会出现空调冷气时有时无的情况。该车型空调系统图如图5所示。

图5 某MPV空调系统图

根据故障现象可知,空调管路系统及冷暖空调箱大总成机械链接结构没有问题。初步怀疑为空调压缩机运转不正常。

排除方法：正常启动车辆,按下空调启动开关和内外循环开关。运行5 min后,用压力表检查压缩机吸气管组件的吸气压力为238 kPa、压缩机排气管口排气压力为1 928 kPa。均在正常范围(196～3 140 kPa)内,说明空调压缩机运行正常。下一步检查温度传感器,将温度传感器拆下,将数字万用表调到欧姆档位,两表笔分别接传感器针脚,25 ℃时额定电阻为1.9～2.172 kΩ。把传感器工作区域放进开水里(注意浸泡的时间为1～3 min),观察传感器电阻的变化,此时电阻降到180～250 Ω(具体数值视开水的温度),判定温度传感器也正常。最后检查常开型冷媒电磁阀及热管理控制器是否存在故障。用电压表电压档,采用背插法测量电磁阀的输入电压,制冷模式下检查输入电压是否在12 V及0 V来回跳转,考虑到接触不良重新拔插冷媒电磁阀接插件,继续测量电压还是来回跳转,说明冷媒电磁阀及冷媒电磁阀继电器正常开闭。用电压表电压档,继续测量热管理控制器的输入电压,电压表现为时有时无,说明热管理控制器损坏。将热管理控制器更换后故障消除。