宝马新型空调制冷系统介绍

江苏/甄宗凯

随着新款B系列发动机的应用，宝马在装备B48、B58的4缸和6缸发动机的新款车型上逐渐也开始使用新型空调制冷系统，新型系统优化了空调系统功率消耗，在同等制冷功率的前提下，新型系统能够降低压缩机功率，并在启停装置MSA熄火状态下延长制冷时间，进一步降低了油耗，也算作是宝马一项附加高效动力措施。

我们先来了解一下传统空调系统制冷原理，空调系统制冷剂循环示意图，如图1所示。

图1 传统空调系统制冷剂循环示意图

所有空调系统并不能产生冷气，而是将吸收车内的热量排到车外，是个热量的搬运工。制冷剂循环示意图指出了空调系统的工作原理，制冷剂在封闭的循环回路中循环，并不断在液态与气态之间转换，其结果是从车内吸收热量并排到车外。

制冷剂循环回路主要由6个组件构成：

◆压缩机

◆冷凝器

◆干燥瓶

◆膨胀阀

◆蒸发器

◆空调管路

这些组件连接在一起形成封闭的制冷剂循环回路，空调系统按照压缩制冷原理工作：循环中的制冷剂在气态下被压缩机压缩成高温高压的气态制冷剂，然后进入冷凝器冷凝散热成中温高压的液态制冷剂，液态制冷剂经过干燥瓶干燥过滤杂质后通过膨胀阀瞬间从液态吸收车内安装的蒸发箱上的热量（来自车内空气）的同时降低压力重新蒸发成气态（蒸发吸热）再进入压缩机，反复循环来达到持续将车内热量吸收并排到车外。为了加快车内的空气循环，在车内仪表台里安装有一个鼓风机，不断的将车内热空气吹向吸热的蒸发器，从而从仪表台里吹出来的风就是经过空调降温后的冷空气了。

以上是传统空调系统的制冷原理介绍，而宝马的新型空调系统也是遵循这个制冷循环，只是对6大部件的其中4大部件进行了升级改造，经过改良后的空调系统，部件结构形式发生变化，如果不了解，势必会给空调系统的故障诊断带来困难，甚至面对空调系统故障，老师傅也会摸不着头脑，不信咱们就一起看看这些部件的变化吧！

一、压缩机

以一辆2017款宝马 F23（2系敞篷车220i）为例，此车装备B48发动机，在压缩机、冷凝器、空调管路、蒸发器四大部件上都采用了宝马的最新技术，其中压缩机是带电磁离合器的变排量压缩机，此款压缩机在目前新款车型上普遍采用，它集成了以前老款车型常用的电磁离合器传动装置和新款变排量电磁调节阀。也就是说，当无须空调制冷时，压缩机泵头皮带盘是空转的，其内部连杆活塞无须进行工作，也就不会消耗发动机动力；当需要制冷时，电磁离合器吸合带动压缩机活塞旋转进行制冷剂的压缩，这是我们传统空调压缩机的制冷功率调节方式，即定排量压缩机唯一的控制方式。而集成了变排量电磁阀之后，不仅可以控制压缩机的工作时机，还可以控制压缩机的排量，这样制冷功率就有了两种调节方式，在不影响制冷功率的同时，达到了降低油耗并提高发动机动力的目的。压缩机安装位置如图2所示，在B48发动机的下部缸体侧面安装。

图2 压缩机位置

二、冷凝器

传统车辆的冷凝器均是直接冷却方式——风冷。此种冷凝器由蛇形管和散热片组成，散热片与管固定连接在一起，因此热交换面积大且热传递效果好。冷凝器的任务是将制冷剂在压缩机内压缩过程中吸收的能量通过散热片以热量形式散发到车外空气中去。从而使之前气态形式的制冷剂重新变为液态形式。多数均安装在水箱前面，中网后面。而宝马新款冷凝器却更改了这一传统结构，它将冷凝器的冷却方式改为水冷，实现间接冷却制冷剂的目的。其带来的优点主要有两点：第一，水冷冷凝器使空调系统高压压力比风冷要低，由于接触环境空气的面积变小，不容易受环境温度影响，这样就可以降低压缩机负荷，蒸发压力相对风冷也要小，所以制冷效果会更好。第二，由于冷凝器体积减小，也可以降低制冷剂的填充量。缺点就是水冷冷凝器制造精密度较高，成本较高。其安装位置如图3、图4所示。

图3 冷凝器位置图1

图3 冷凝器位置图2

水冷冷凝器通过冷却液散热，其冷却液还不能同发动机的冷却液散热器共用，因为冷凝器的温度要远远低于发动机冷却系统的温度，所以其必须要使用单独的冷却液散热器。但由于B48、B58发动机中冷器也采用水冷这种间接冷却方式，而中冷器的温度和冷凝器的温度恰好都属于低温冷却系统，所以宝马公司就将它们设计在一个冷却循环系统内，这样就可以共用一个冷却液低温散热器。

B48 发动机冷却系统工作原理图如图5 所示。实车相关部件介绍如下：

图5 B48发动机冷却液系统工作原理图

低温散热器安装在传统冷凝器的安装位置，后方安装有发动机高温冷却液散热器和电子风扇，如图6所示。

B48、B58发动机中冷器安装于进气歧管内部，如图7所示。

图7 中冷器（集成进气管内部）

高温冷却水壶和低温冷却水壶安装位置如图8所示。

图8 B48发动机冷却水壶位置

低温冷却系统用电子水泵安装位置如图9所示。

图9 电子水泵位置

三、空调管路

传统空调系统的管路只能传输制冷剂，并且空调管路较长，不利于发动机室内布置，还有低温回流管路处在高温发动机室内会吸收环境热量，降低了制冷功率。而宝马公司开发的新型制冷剂管路，技术上叫作内部热交换器 IWT。这根特殊软管在软管和管路系统中通过从蒸发器流出的约5℃的制冷剂将冷凝器约55℃的已冷凝制冷剂冷却至约45℃ 。由此可提高蒸发器功率并在制冷功率相同的情况下降低制冷剂循环流动量。这样可实现较小的空调压缩机功率消耗从而降低耗油量。

流向压缩机的制冷剂所含热量会使制冷剂完全蒸发。这可防止带出的液态制冷剂进入制冷剂压缩机内。管路结构如图10所示。

图10 新型制冷剂管路

此空调管路实车安装在左侧大梁上部，后端连接膨胀阀，如图11所示。

图11 管路安装位置

热交换管路IWT前端分离出3个管路，如图12所示，管路1是连接冷凝器的高压管路，从压缩机出来的高压气体经过冷凝器和干燥瓶后，经过安装有高压传感器和高压维修接口的此根管路流入IWT的管路1。管路2 是低压维修接口的引出管路，管路3 较粗，是空调系统的低压回流管路，制冷剂由此管回流到压缩机。

图12 管路说明

从发动机上部观看IWT和维修接口安装位置，如图13所示。

图13 接口位置

四、蒸发器

由于宝马车型现在全系标配MSA（发动机智能启停系统），这样在等红灯时可通过发动机节能启停功能MSA 关闭发动机。在此情况下，压缩机不再向蒸发器输送制冷剂。因此传统蒸发箱仅提供有限制冷能量用于冷却车内空间。如果等红灯时间较长时，空调系统就会主动要求必须重新启动发动机以进行车内冷却。这会违背宝马车型高效动力策略并提高耗油量。

出于该原因使用了一个蓄能蒸发器。蓄能蒸发器位于空气蒸发器前方，蓄能蒸发器加注一种潜在介质，该介质具有极佳的制冷能量吸收和存储能力。通过在正常运行模式下流过的冷空气可对蓄能蒸发器进行加注，从而可使发动机静止时间几乎翻倍。其结构如图14所示。

图14 蒸发器

通过以上大量原理的解读和实车照片的讲解，相信很多朋友能够掌握新款宝马空调系统循环系统的工作原理，这里再通过一个实际维修案例来说明空调系统的维修过程。

一辆2017年宝马220软顶敞篷轿车，6000km首保时客户反映空调不制冷，技师用宝马诊断仪读取故障码显示由于空调压力过高而切断压缩机工作。

实车查看压缩机工作状态，发现在打开制冷功能后，压缩机每隔十几秒就吸合断开一次，机舱内可以明显听到电磁离合器的间歇吸合声，读取数据流发现高压压力已经达到2800～3000kPa，说明空调系统确实存在压力过高的现象。

该车技师凭着经验，针对空调压力过高传统的检查方法无非是检查制冷剂加注量是否过多，空调冷凝器是否散热不良，还有压力传感器是否损坏或者管路堵塞，膨胀阀卡住等问题。

首先技师接上冷媒机，查看高压压力确实已经达到3000kPa，低压也在700kPa左右，说明压力确实过高，可以排除压力传感器不准的故障。

其次打开空调制冷功能后，发动机电子风扇可以正常工作，技师就排除了冷凝器散热问题。他对空调系统重新按标准克数抽加制冷剂后，故障依旧。

于是技师判断膨胀阀损坏，为客户订货更换了膨胀阀。更换膨胀阀后故障依旧！

由于此车已经属于返修车辆，所以技师申请技术支持介入。当技术支持查看故障现象之后，首先拧开了位于发动机室内低温水壶盖（安装位置如图15所示），发现水壶内已经没有了冷却液。于是对水壶重新加注冷却液打算加压测试，加注冷却液之后，发现发动机前端发电机部位开始有冷却液滴漏，顺着滴漏位置，便发现了故障点，如图16、图17所示。

图15 安装位置

图16 故障点1

图17 故障点2

由于此水管是连接进气歧管内部中冷器的水管，所以当此水管漏水后，低温冷却回路也就没有了散热能力，这样冷凝器就得不到低温冷却水的循环冷却，导致空调压力过高，从而产生空调不制冷的故障。但由于客户经常短途行驶，中冷器负荷不至于过热，所以发动机没有任何报警或者故障码。

查询此车维修历史，在不久前客户刚在其他店维修过前部事故，可能当时修理工错误铺设了此水管的位置，导致皮带与水管干涉损坏，我们更换水管后重新铺设管路（走节气门外侧而不是下侧），加注冷却液后试车空调系统制冷正常。

总结这个案例的返修原因，就是技师不了解新款制冷系统的工作原理，凭经验判断故障，而由于技术支持了解此新型空调系统的工作原理和结构布置，所以很快地找到了故障点，所以我们在平时维修中一定要掌握最新技术，才能跟上汽修行业的发展。