汽车空调详解.docx

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汽车空调详解

汽车空调详解

汽车空调的核心部件是空调的压缩机，它负责将低压的气态制冷剂吸入，加压为高压的气态制冷剂排出，为制冷剂的循环流动提供动力。

因为正是制冷剂的循环流动过程中，在发动机舱内，制冷剂由气态变为液态，这个过程中制冷剂要放出热量；而在车内，制冷剂由液态变为气态，这个过程中制冷剂吸收热量，从而降低车内的温度。

　　在空调压缩机的发展过程中，曾经有过多种形式的压缩机，主要有曲轴连杆式压缩机、轴向活塞式、叶片式、涡旋式等。

通过本站对各种压缩机结构和原理的介绍，会发现压缩机的发展是向着积体更小（利于在车内安装）、效率更高（降低开空调时动力损失，也即意味着降低了发动机的油耗）、低振低噪！

　　1　曲轴连杆式压缩机

曲柄连杆式空调压缩机图

　　曲柄连杆式压缩机结构与发动机曲柄连杆机构基本相同，曲轴旋转时，通过连杆带动活塞往复运动，由气缸内壁、缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发生周期性变化，从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用。

　　在缸盖上部设有两个单向阀片，活塞下行时，活塞顶部的空腔增大，进气阀片打开，将低压制冷剂吸入；当活塞上行时，活塞顶部空间减小，排气阀片打开，制冷剂被加压后排出。

　　曲轴连杆式压缩机是第1代压缩机，它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工工艺要求较低，造价比较低。

适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。

　　曲轴连杆式压缩机主要缺点有三点：

一是压缩机体积大而重；二是因为只有一个或两个活塞，排气另一个是排气不连续，排气气流易波动，且工作时有较大的振动；第三个无法适用于高速；所在在小型汽车中很少应用曲轴连杆式压缩机。

目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。

　　2　轴向活塞压缩机

　　轴向活塞式压缩机可以称为第2代压缩机，常见的有摇板式和斜板式两种压缩机这是汽车空调压缩机中的主流产品。

这两种压缩机的气缸均以主轴为中心布置，活塞运动方向与压缩机的主轴平行。

如下图所示，这也正是称为轴向活塞式压缩机的原因

轴向活塞压缩机气缸图（5个气缸）

斜板式压缩机图

　　斜板式压缩机称为双向活塞式压缩机，主要部件有主轴、斜板、活塞、进排气阀片等。

当主轴驱动斜板旋转时，活塞槽与斜板边缘通过钢球轴承支承，斜板的旋转带动活塞做轴向移动，活塞前后两端与壳体组成两个空腔。

活塞轴向移动时，一个空腔容积增大，可以吸入低压的制冷剂；相反，活塞另一头的空腔容积减小，制冷剂被高压排出。

　　斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化，而且可以实现高转速工作。

它的结构紧凑，效率高，性能可靠，在实现了可变排量控制之后，目前广泛应用于汽车空调。

　　摇板式压缩机为单向活塞式压缩机，在这里摇板在压缩机内也是斜向布置，所以也有人称为斜盘。

但是活塞是单向的。

摇板式空调压缩机图

摇板式空调压缩机图（红色部分为摇板）

注：

摇板式压缩机改变摇板的角度，可以改变活塞的行程，从而可以必变压缩机的排量，现在多数可变排量压缩机匀是基于摇板式压缩机。

3　旋转叶片式压缩机

　　如果你拆过空调维修设备－真空泵，分发现多数真空泵采用的是旋转叶片式！

旋转叶片式压缩机

　　旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形2种。

在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。

在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。

　　转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积不断发生变化，制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。

旋转叶式压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。

如果有2个叶片，则主轴旋转一周有2次排气过程。

叶片越多，压缩机的排气波动就越小。

　　作为第3代压缩机，由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。

但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高，制造成本较高。

4　旋涡式压缩机

工业上用的主式旋涡空调压缩机

旋涡式压缩机工作原理

涡旋式压缩机

　　涡旋式压缩机可以称为第4代压缩机。

涡旋压缩机结构主要分为动静式和双公转式两种。

目前动静式应用最为普遍，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成，动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差180度，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动，即无自转，只有公转。

旋涡式压缩机工作原理图

　　互错开180度的涡旋叶片圈组合一对啮合，动圈2以回旋半径的圆作不旋转的回运动。

如（A）所示，在吸气完了时，一对涡旋圈共形成两对月牙形容积。

最大的月牙容积11即将开始压缩。

动圈涡旋中心绕定圈涡旋中心连续公转，原最大的月牙容积实现a—b—c的压缩，达到预定压力，由排气口9排出。

在月牙11压缩的同时，在动圈和定圈的外周义形成吸气容积4、8，连续回转运动过程中，也实现了相同的压缩，如此周而复始完成吸气、压缩、排气过程。

　　涡旋式压缩机具有很多优点。

例如压缩机体积小、重量轻，驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。

因为没有了吸气阀和排气阀，涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。

多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高。

涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等优点，在小型制冷领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一

轿车空调压缩机是由发动机直连驱动的，对于定排量压缩机汽车空调系统，用蒸发器出风温度来控制压缩机电磁离合器吸合或脱离，用间歇运行来控制系统制冷能力和车内空调负荷相适应。

这种控制方式除了车内空调温度波动大，系统的频繁开停的不可逆损失使系统能耗增加等缺点外，最大的一个问题是压缩机的周期性离合对汽车发动机引起的干扰，这种情况在汽车发动机容量较小时显得更为突出。

为了解决这个问题，变排量压缩机应运而生。

　　所谓的变排量压缩机，结构是基于传纺的斜盘式或摇板式压缩机，传统的斜盘式或摇板式压缩机中，斜盘或摇板的偏转角度是固定不变的，即活塞的最大行程是固定的。

而升级为可变排量压缩机后，调节斜盘或摇板的角度，从而调节活塞的最大行程，改变压缩机的排气量。

　　相对于传统的定排量压缩机系统，需要有在压缩机前端安装电磁离合器控制压缩机间歇工作，以调节制冷量。

可变排理压缩机取消了电磁离合器，通过活塞行程的无级连续调节，调节制冷量。

，车内环境热舒适性好，降低能耗！

三电可变排量压缩机

　　可变排量压缩机变排量的控制方式有两种：

一种是机械式可变排量，即在压缩机内部有调节阀，依据空调的管路压力自适应的改变压缩机的排量；另一种是电控可变排量，在原机械调节阀的基础上增加了一个电磁调节阀，空调控制单元从蒸发器出风温度传感器获得信号，对压缩机的功率进行无级调节。

可变排量压缩机结构图

　　注意三个压力：

一个是压缩机的吸入低压的制冷剂；另一个是压缩机排出的高压制冷剂；第三个是斜盘或摇板所在的曲轴箱的压力；这个曲轴箱内的压力基本是大于或等于压缩机的吸入压力，而远小于压缩机的排气压力。

　　控制阀用于调节曲轴箱内的压力，当曲轴箱压力等于压缩机的吸气压力时，压缩机处于最大排量；当控制曲轴箱压力高于吸气压力后，斜盘或摇板角度减小，压缩机的排量减小。

可变排量压缩机工作原理图

　　控制阀由机械元件和电磁单元组成。

机械元件按照低压侧的压力关系借助于一个位于控制阀低压区的压力敏感元件来控制调节过程。

电磁单元由操纵和显示单元通过500Hz的通断频率进行控制。

　　电控可变排量压缩机在无电流的状态下，调节阀阀门开启，压缩机的高压腔和压缩机曲轴箱相通，高压腔的压力和曲轴箱的压力达到平衡。

满负荷时，阀门关闭，曲轴箱和高压腔之间的通道被隔断，曲轴箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至排量达到100%；关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，曲轴箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度减小直至排量低于2%。

当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和曲轴箱被进一步隔离，从而使压缩机达到100%的排量。

当系统的吸气压力特别低时，压力元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和曲轴箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。

　　新结构皮带轮离合器,电控调节变排量压缩机采用了新结构皮带轮。

皮带盘由皮带轮和随动轮组成，通过一橡胶元件将皮带轮和随动轮有力地连接起来。

当压缩机因损坏而卡死时，随动轮和皮带轮之间的橡胶元件的传递力急剧增大，皮带轮在旋转方向将橡胶元件挤压到卡死的随动轮上，橡胶元件产生变形，对随动轮产生的压力增大，随动轮随之产生变形直至随动轮和皮带轮之间脱离连接，从而避免了皮带传动的损坏。

随动轮的变形量取决于橡胶元件温度的高低，橡胶元件的弹性取决于结构件的温度。

由于橡胶元件和随动轮的形变，避免了发动机皮带传动的损坏，同时防止了诸如水泵和发电机的损坏，起到了动力的过载保护的作用。

　　电控调节的变排量压缩机的优点：

压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性；通过调节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹配，减少了再加热过程，使出风口的温度、湿度恒定调节；由于排量可以降低到近0%，省去离合器的电磁线圈和减少皮带轮质量可使质量减轻20%（约500～800g）；压缩机的功率消耗下降，燃油消耗下降；新结构的皮带轮用于皮带传动和空调压缩机之间的力传递，消除了扭矩波动并同时起到过载保护的作用。

1960年美国人P.B.Loomis申请了可变角度摇板的专利。

二十多年后，美国GM公司Harrison散热器部（现在的DelphiAutomotivesystems公司）于1983年研制成功了首台无级变排量摇板式压缩机----V5变排量压缩机，并于1985年8月在高级轿车上使用

　　它共有5个气缸，是摇摆斜盘结构，其中摇摆斜盘用双向球形连杆与活塞连接，它的基本元件主要有轴和驱动凸耳部件、滑动轴套、旋转轴颈、和将轴劲旋转运动转换成活塞直线运动的摇板等。

内部控制阀在压缩机的后盖中，它主要由锥阀和球阀构成；锥阀控制摇板箱与吸气腔（波纹管室）之间的通道，球阀控制排气腔与摇板箱之间的通道，锥阀和球阀通过阀杆建立联系，从而使两个阀的开度呈互补关系；排气压力影响控制阀设定值的变化，承受着排气压力的升高，设定值降低；吸气压力与设定值比较,推动控制阀杆运动，改变锥阀和球阀的开度，进而改变摇板箱与排气腔间及其摇板箱与吸气腔间的流通阻力从而改变摇板箱压力与吸气压力之差；该压力差推动摇摆斜盘的倾斜角的变化，从而改变压缩机制活塞行程，使压缩机的排量改变。

可见V5变排量压缩机根据车内负荷变化改变空调系统的制冷量，改变了传统的离合器启闭压缩机的调节方式，实现了系统平稳连续运行，不会引起汽车发动机周期性的负荷变化。

但是其空调系统仍保留了电磁离合器，在汽车空调系统停止使用时离合器脱离可以使压缩机停止运转，这样压缩机为部分连续运转。

V5变排量压缩机的最大排量为156cm3，最小排量为10cm3，即最小排量可以降到最大排量的6%。

　　1985年日本Sanden公司开始开发摇板式变排量压缩机<2>，图3为该公司推出的SDV710变排量压缩机结构，该压缩机是以技术成熟的定排量压缩机SD7系列为基础根据变排量原理研制而成。

与V5机型相比，简化了变摇板角度机构和摇板防旋转机构，且内部控制阀的结构和控制原理也不同。

排气通过一个固定管径的节流短管从排气腔到摇板箱，从而改善了低排量情况下的控制阀的动作反应。

内部控制阀安装在阀板的中心（见图4），波纹管伸缩由摇板箱压力控制，控制阀的开关受波纹管（即摇板箱压力Pc）、排气压力Pd、以及吸气压力Ps共同作用的控制。

采用排气压力推杆可以调节波纹管阀的开阀压力，这样可以补偿大负荷时压缩机吸入管道的压力降增大引起的蒸发温度增高，使蒸发温度保持一个合适的温度。

SDV710变排量压缩机最大排量161cm3，摇板角度可以从1.5°到24°，使排量从6%到100%变化。

另外，日本柴油机器公司等其他公司也生产变排量摇板式压缩机。

　　日本电装公司1983年研制成10P-V型两级变容量10缸机，该压缩机是各有相同的气缸布置在斜板两侧，即为双作用型式。

可以通过打开后部气缸的排气阀，使排气腔与吸气腔相通，以此实现50%的气缸卸载。

该机可实现50%载荷下起动，并可在高速下节能30%<3>。

1983年8月以后开始用在Toyota轿车上。

　　denso公司开发了７ＳＢ１６斜板式变排量压缩机，其结构见图５<4>。

这种压缩机只在一侧布置气缸，为单作用型式。

在主轴上装有回转斜板，当主轴旋转时，斜板回转，通过滑盘推动活塞作往复运动。

变排量原理同摇板式变排量压缩机，即仍是利用斜板箱压力与吸气压力之差推动斜板的倾斜角的变化，从而改变压缩机的活塞行程，使压缩机的排量改变。

内部控制阀结构与V5变排量压缩机类似。

可变排量压缩机最新进展

　　CVC压缩机

　　CVC（CompactVariableCompressors）压缩机是近两年DelphiAutomotivesystems公司推出的新一代变排量压缩机，现在法国、匈牙利、日本、美国和巴西均有厂家生产，使用用户有Opel、Nissan、BMW、Volkswagen、Renault等。

图6为CVC斜板式变排量压缩机结构。

这种压缩机也是单作用型式，变排量原理同摇板式变排量压缩机，内部控制阀结构与V5变排量压缩机类似。

该压缩机采用斜板机构的简谐运动，优化了吸排气口布置，采用了低噪音离合器，降低了振动和噪声。

由于压缩机性能和控制得到改善，使得CVC压缩机使用转速比原变排量压缩机提高了15%，连续最大转速为8000r/min，短时最大转速可达9200r/min。

该机型结构紧凑，具有目前最高的压缩机单位质量和单位体积排气量，对于越来越紧凑化汽车的用户提供了较大的使用可能性。

据称DelphiAutomotivesystems公司近几年要在美国用CVC压缩机来替代V5、V6、V7摇板式变排量压缩机。

　　CVC斜板式变排量压缩机目前共有4个规格：

CVC125、CVC135、CVC165和CVC185，其中VCV125和CVC135是6缸机CVC165和CVC185是7缸机，最小排量可达7cm3

　　外部控制变排量压缩机

　　世界首台外部控制变排量压缩机6SE12于1999年在Denso公司产生<4>。

6SE12压缩机基于传统的内部控制斜板式变排量压缩机7SB16，为单作用斜板式压缩机（见图7）。

它采用外部控制阀（见图8），由外部电信号来控制压缩机的排量。

内部控制变排量压缩机用内部控制阀使吸气压力保持在一个较低的恒定温度（一般保持蒸发温度为0℃），往往用再热方式提高送风温度来保持车内的舒适性。

而外部控制变排量压缩机汽车空调系统根据环境温度、发动机转速、太阳辐射强度、车内温度、送风温度、送风风流以及空调模式设定等参数由汽车的控制板或者计算机来确定控制信号，再由外部（电磁）控制阀来控制压缩机合适的排量（见图9），这样可以根据当时的冷负荷情况确定一个合适的吸气压力，不需要再热，因此达到节能的目的。

　　该机型可以使排量最小变化到零，所以不需要电磁离合器对系统开启和停止，因此采用结构简单的新型阻尼限幅皮带轮取代原来的电磁离合器皮带轮（图7），去掉了原来的电磁线圈，减轻了压缩机重量。

但是这样不论汽车空调系统是开还是关，压缩机一直随发动机一起运转，为全部连续运转。

针对这种情况，该压缩机在轴封结构和材料上进行了改进，使得该压缩机全部连续运行时轴封使用寿命和传统变排量压缩机部分连续运行时使用寿命相同。