故障现象:一辆2005年生产一汽马自达6 2.0 L轿车,行驶里程为6万 km。车主反映,该车发动机怠速运转正常,怠速时空调系统工作正常。但车辆行使时,发动机动力不足、犯闯。当车辆加速时,空调压缩机频繁重复接合、分离动作,且空调系统不制冷。当关闭空调后,发动机恢复正常。
检查分析:由于关闭空调后发动机恢复正常,所以笔者认为故障原因出在空调系统。
马自达6空调压缩机是定排量压缩机,空调压缩机的吸合与断开是由发动机控制单元(PCM)通过控制空调继电器来实现的。
笔者决定首先从电路入手进行检查。正常情况下,当压力开关B、C端子之间电压为12 V时,压缩机断开;压力开关B、C端子电压为0 V时,压缩机接通。这说明自动空调控制器给PCM接地信号时,压缩机接通。
起动该车发动机并怠速运转,用示波器测量压力开关线路的B端子(接PCM)或C端子(接自动空调控制器)。当压缩机接通时,压力开关B、C端子电压为0 V;压缩机断开时,压力开关B、C端子电压为12 V,说明系统正常。当发动机转速上升到3 000 r/min以后,压缩机断开,此时B端子电压为13.8 V,C端子电压为0 V,说明此时高低压开关已经断开。由于此时C端子电压为0 V,所以基本排除线路和自动空调控制器存在故障的可能,故障原因应该在制冷系统环路。
PCM控制空调压缩机继电器执行动作的原理为:首先,当驾驶员按下空调(A/C)开关时,申请信号由自动空调控制单元经压力开关传递到PCM,即PCM接收到自动空调系统的申请信号。只有空调系统压力正常,才能保证压力开关正常接通,这时PCM才能接收到使空调系统工作的指令,之后PCM控制空调压缩机的运转。
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(图1) 空调制冷压力开关结构示意图
该车的空调制冷剂压力开关采用了3挡压力型,它由高/低压开关和中等压力开关组成(图1)。当制冷剂循环中的压力过高或过低时,高/低压开关通过切断A/C信号来保护制冷系统部件。中等压力开关根据空调压缩机的工作负载输出一个怠速提高信号。压力开关在压力大于2.94~3.34 MPa时或压力低于0.195~0.250 MPa时断开,中等压力开关在压力为1.39~1.65 MPa时接通。
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连接压力表测量空调系统高低压管路的压力。测量时压缩机吸合,环境温度为25 ℃,测量值如表1所示。
发动机停止运转5 min后,高低压管路压力分别为2.62 MPa和0.34 MPa。
测量时环境温度为11 ℃时,正常车辆的测量数值如表2所示。
正常车辆,高压最大为1.66 MPa,发动机停止运转5 min后,高低压管路压力都为0.69 MPa。
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(图2) 膨胀阀
该车高压管路压力与正常车辆对比高出很多,说明故障车空调高压管路堵塞,于是笔者决定回收制冷剂,拆下膨胀阀(图2),检查冷凝器、高压管和蒸发箱,结果均正常,于是故障锁定在膨胀阀。
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膨胀阀在制冷环路中起到节流的作用,它能使高压的液态制冷剂雾化成低压的气态制冷剂,同时膨胀阀还能调节送到蒸发器中的制冷剂的流量,也就是说它既控制了制冷剂的流量,也调节了制冷剂的压力。
膨胀阀调节制冷剂流量的过程为:蒸发器出口处对薄膜底部的作力(Pl)以及弹簧施加的力(Fs)形成1个合力,此合力与薄膜R134a上受到的力(Pd)的差使球型阀上下移动,从而调整阀门开度的大小。当Pl增加时,薄膜附近温度传感器的温度随之升高,薄膜被R134a加热,Pd变大。当Pd的增大量大于Pl 与Fs的增大量时,球阀下移,从而增大了液体制冷剂的流量。当蒸发器排放的制冷剂温度降低时,Pl+Fs的增加要大于Pd的增加,球阀上移,液体制冷剂的流量也随之降低。
当膨胀阀损坏时,Pd的力始终小于Pl+Fs的合力,这时膨胀阀不能调节制冷剂的流量,制冷剂始终处于最小流量,于是出现本车的故障现象:发动机怠速时空调系统维持工作,高转速时高压压力增加,高于正常值,压缩机阻力增加,空调系统不制冷,发动机工作异常。
故障排除:更换膨胀阀,添加标准量(470 g)制冷剂,故障排除。