详解汽车空调压缩机结构与工作原理(下)

◆文/江苏 赵宝平 陈林山 武文娟

(接上期)

4.旋叶式压缩机

(1)工作原理

旋转式压缩机和往复式压缩机都是依靠汽缸容积的变化来达到制冷目的的，但它的工作容积变化除了周期性扩大和缩小外，其空间位置也随主轴的转动不断发生变化。旋转式压缩机基本上无余隙容积，其工作过程一般只有进气、压缩、排气三个过程，所以它的容积效率比往复式压缩机高得多，可高达80%～95%。

旋叶式压缩机又称刮片式压缩机，是旋转式压缩机的一种。旋叶式压缩机的汽缸有圆形和椭圆形两类。叶片有二片、三片、四片、五片等几种。其中圆形汽缸配置的叶片为二、三、四片三种，如图10、图11所示。椭圆形汽缸配置的叶片为四、五片两种，如图12所示。

图10 圆形汽缸的旋叶式压缩机剖视图

在圆形汽缸的旋叶式压缩机中，转子的主轴相对汽缸的圆心有一偏心距，这使转子紧贴在汽缸内表面的进气孔和排气孔之间。而在椭圆形汽缸中，转子的主轴和椭圆的几何中心重合，转子紧贴椭圆两短轴上的内表面。这样转子的叶片和它们之间的接触将汽缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积发生扩大→缩小→归零的循环变化。相应地制冷剂蒸汽在这些空间内发生吸气→排气的循环。 对于圆形汽缸而言，双叶片式将空间分成两个空间，主轴每旋转一周，即有两次排气过程；三叶片则有三次排气过程。叶片越多，压缩机的排气脉冲越小，椭圆汽缸压缩机也是如此。由于排气阀设计在接近接触线的位置，因此旋叶式压缩机几乎不存在余隙容积。

1.机壳；2.缸体；3.叶片(共4片)；4.转子；5.吸气腔；6.排气簧片；7.进油口；8.主轴。

图11 圆形汽缸的旋叶式压缩机实物图

由此可见，旋叶式压缩机由于不设吸气阀，容积效率特别高，转子可以高速运转，因此制冷能力强。

(2)基本结构

旋叶式压缩机的主要零部件有缸体、转子、主轴、叶片、排气阀、后端盖、带有离合器的前端盖和主轴的油衬。后端盖6和前端盖3上有两个滚动轴承(4、7)支撑主轴转动，后端还有一个油气分离器。图13所示为旋叶式压缩机的轴向剖视图。

图13 旋叶式压缩机轴向剖视图

(3)变容量旋叶式压缩机

图14所示变容量旋叶式压缩机为一种双叶片旋叶式压缩机。它可根据发动机转速的高低，自动调节制冷量。

这种压缩机的工作原理为：在汽缸的吸气孔4处，有一变容量槽3，当叶片刮过吸气孔4时，进气过程本来应该结束，但由于汽缸开有变容量槽3，因此在气流惯性的作用下，继续通过变容量槽3进行充气，这样可以提高充气效率，又不影响下一汽缸的进气过程。变容量槽3和叶片8构成一个缺口，通过该缺口槽进人汽缸的气体流量正比于缺口截面积和流入时间的乘积，即流量= Kx截面积x流入时间x叶片厚度，式中K为比例系数。

低转速时，叶片刮过变容量槽3的时间长，充气量增大，制冷量大；而高转速时，叶片刮过变容量槽3的时间短，汽缸充气量相对减少，则制冷量减少，能耗降低。在相同制冷量条件下，汽缸容积可以减小30%，而重量降低20%。从整体来看，不但能进行制冷量自动调节，还可减少功耗，这也是旋叶式压缩机得到广泛应用的原因。

5.滚动活塞式压缩机

滚动活塞式压缩机由美国Vilter 20世纪初首次推出，之后瑞士的Escher Wyess公司开始生产，但当时与往复式相比，并无明显竞争力。到60年代，精密加工技术迅速发展，滚动活塞式压缩机的技术也日臻完善。70年代，滚动活塞式压缩机广泛应用于小型的空调与制冷装置，在小容量范围(0.3～5KW)有替代往复式压缩机的趋势。

典型生产厂家：日本的三洋、日立、东芝、三菱、松下、美国的FEDDERS公司；国内的上海日立、庆安、沈阳华润等。

(1)工作原理

滚动活塞式压缩机是一种新型的旋转式压缩机，有单缸、双缸和变容量三种。该种压缩机由于体积小，工作可靠，因此广泛应用于汽车空调及其他空调和冰箱上。滚动活塞式压缩机的工作原理如图15所示。

当曲柄旋转时，活塞不但做自身滚动，而且在以汽缸的中心为圆心、偏心距为半径的圆周上做回旋运动(不是旋转运动)。这两种运动的合成，引起汽缸两部分空间容积扩大和缩小的周期性变化。当进气腔的空间容积不断扩大时，制冷剂蒸汽不断地从外面吸进，压缩机处于进气过程；而另一腔则容积不断缩小，蒸汽不断压缩，处于压缩过程。当压力腔的蒸汽压力略大于排气腔时，则排气阀打开，将压缩蒸汽排出汽缸外，处于排气过程。

(2)主要结构

如图16所示为日本三菱SA-430滚动活塞式压缩机的剖面图。滚动活塞式压缩机的主要零件有曲轴，转子，缸体，前、后端盖和刮片。曲轴11由两端面上的滚子轴承9和14支承，平衡块8在曲轴尾端。叶片弹簧12压迫刮片24紧贴旋转活塞28在缸体内滚动。不设吸气阀，排气阀采用圆柱形。由于圆柱形阀工艺性好，因此在汽缸上安装和布置较方便。润滑采用压差输油的方式，即冷凝的冷冻机油在汽缸内润滑旋转活塞与缸壁接触部位及刮片后，和制冷剂一起排到机体底部，底部装有不锈钢筛网，用来分离油气。分离后的油气，其中蒸气从排气口排出，冷冻机油留在机体底部。在排气高压作用下，通过吸油孔29，油被送到滚子轴承、活塞内孔以及油封等处，而在底部的刮片和弹簧都浸在油中。

(3)变容量滚动活塞式压缩机

如图17所示为一双缸变容量滚动活塞式压缩机。在该种压缩机上，一根曲轴配有两个串联的滚动活塞和中间隔板，其他部分与单缸同。为方便平衡曲轴，两个曲柄位置错开180°，这样两个活塞也相互错开180°，这使排气连续进行，排气量提高一倍，压缩机的体积也更紧凑。滚动活塞式压缩机的变容量是停止其中一缸工作，让其制冷量减少一半。

其原理是：从排气口9引一条管道到后缸的卸载阀，当联接管14关闭时，卸载阀16在右边，打开后缸的吸气口5，让其双缸全负荷工作。在车速很快时，蒸发器出口空气温度下降，接通联接管14，让排气高压引入卸载阀16，阀门移到左边，关闭后缸的吸气入口，让后缸处于空转状态，没有制冷剂输出。很显然，这是一种突变的方式，所以输出的冷空气量和温度波动很大。

6.涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是一种新型压缩机，主要适用于汽车空调，如图18所示。它与往复式压缩机相比，具有效率高、噪音低、振动小、质量小、结构简单等优点，是一种先进的压缩机。

图18 涡旋式压缩机

(1)工作原理

涡旋式压缩机主要由具有涡旋叶片圈的动、定两涡旋盘所组成，相互错开180°，在两个点相互接触，相当于啮合作用。涡旋式压缩机的工作原理如图19所示。

如图19a所示为吸气结束时，一对涡旋圈形成了两对月牙形容积，最大的月牙形容积11将开始压缩，动圈涡旋中心10绕定圈涡旋中心3继续回旋公转，原来最大的月牙形容积已压缩，如图19b所示。动圈被曲轴带动而再作回旋运动，被压缩的容积缩小到如图18c所示最小压缩容积7(此容积根据内容积比值确定)。这一月牙形容积中的制冷剂蒸气即与设在涡旋圈中心的排气口相通。在压缩的同时，动圈与定圈的外周又形成吸气容积(4、8)再回旋，再压缩，如此周而复始完成吸气、压缩、排气工作过程。

(2)基本结构

涡旋式压缩机主要由固定涡旋盘、动涡旋盘、机架、联接器和曲轴等组成，如图20、图21所示。动涡旋盘3上的叶片采用渐开线，与其啮合的固定涡旋盘2上应是包络线，因此动、静两个涡旋圈为一对渐开线曲线。理论上，涡旋式压缩机涡旋圈的圈数愈多，动作愈平稳，效率愈高。实际应用中，为了防止过压缩和受直径限制，一般汽车空调涡旋式压缩机涡旋圈选2.5～3圈。

涡旋式压缩机的回旋机构如图22所示，通过回旋机构产生回旋运动(而不是旋转运动)。当电磁离合器接通时，曲轴1转动，曲柄销2驱动偏心套3回旋运动，传动轴承4也作回旋，传动轴承上的动涡旋盘5也作回旋运动，即动涡旋盘绕固定涡旋盘作公转回旋运动。设置在偏心套上的平衡块6可以平衡动涡旋盘的回旋离心力。因此在运行期间，涡旋盘压缩室的径向密封不取决于离心力，而主要取决于偏心套的回旋力矩。该力矩是由作用于偏心套的气体压力的切向分力和作用在曲轴销的动盘回旋驱动力所构成的力偶产生的。两偏心力的轴向位置是错开的，为了保持压缩机的动平衡，曲轴和离合器设置了平衡块。

动圈背面与前盖之间装有球形联接机构。球形联接机构有两个作用：一个是起回转推力轴承的作用，承受气体的轴向压力；另一个是防止动圈自转并能消除轴向偏移。

图20 涡旋式压缩机结构简图

图22 回旋机构

图21 涡旋式压缩机实物结构图

动涡旋盘和固定涡旋盘在安装时存在着180°的相位角，从而使两涡旋盘相互啮合形成一系列的月牙形容积。动涡旋盘由一个偏心距很小的曲轴带动，使之绕固定涡旋盘的轴线运动。此外，在动涡旋盘背后利用一联接机构，用来保证动涡旋盘和固定涡旋盘之间的相对运动。在此运动过程中，制冷剂蒸气由涡旋盘的外边缘被吸人到月牙形工作容积中，工作容积逐渐向中心移动并减小，使制冷剂蒸气被压缩，最后经中心部位的排气口轴向排出，从而完成吸气、压缩和排气的整个周期。