【正文】 第四章 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)主要部件(參考文獻(xiàn)：張蕾主編，汽車空調(diào).) 汽車空調(diào)制冷壓縮機(jī) 汽車空調(diào)制冷壓縮機(jī)概況汽車空調(diào)壓縮機(jī)是汽車制冷系統(tǒng)的心臟，是推動制冷劑在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)的動力源，變排量壓縮機(jī)還起著根據(jù)熱負(fù)荷大小調(diào)節(jié)制冷劑循環(huán)量的作用。一、汽車空調(diào)對配置制冷壓縮機(jī)的要求汽車空調(diào)制冷壓縮機(jī)主要采用容積式壓縮機(jī)。汽車空調(diào)壓縮機(jī)的動力，大部分來自汽車發(fā)動機(jī)。因此根據(jù)汽車本身的特點，對應(yīng)用的壓縮機(jī)提出如下要求： 1)汽車低速行駛時，應(yīng)具有較強(qiáng)的制冷能力；在高速時，有較低的功率消耗。其目的是同時滿足汽車空調(diào)低速時的舒適性和汽車高速時的動力性要求。 2)體積小、重量輕。目的是減輕汽車自重，提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。 3)經(jīng)久耐用、耐寒、耐高溫、易損零件少。因為汽車是在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的機(jī)器，且壓縮機(jī)又靠近發(fā)動機(jī)，因此有上述要求。 4)工作穩(wěn)定、噪聲小。既要求壓縮機(jī)起動轉(zhuǎn)矩小，不破壞發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定工況，又要求壓縮機(jī)本身的震動小，噪聲小。 5)制造容易，價格低廉。二、汽車空調(diào)制冷機(jī)的性能指標(biāo) 在壓縮機(jī)的性能指標(biāo)中，主要有排氣量、制冷量、輸入功率、凈重和容積效率。 壓縮機(jī)的排氣量是指在單位時問里，所排出的蒸氣量轉(zhuǎn)換成吸氣狀態(tài)時輸出的體積大小。單位用m3或L／h表示。 對于汽車空調(diào)壓縮機(jī)而言，由于發(fā)動機(jī)工況不斷變化，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速亦不斷變化，所以用每一個循環(huán)的排氣量作為排氣量指標(biāo)，即 Vh = ΠD2SZ／4 (23)式中 Vh——壓縮機(jī)一個循環(huán)的排氣量，單位為cm3／r； D——?dú)飧字睆?，單位為cm； S——活塞行程，單位為cm； Z——?dú)飧讛?shù)。 由于實際的排氣量受到排氣閥門的阻力、余隙容積、等熵指數(shù)、制冷劑泄漏及運(yùn)行工況等因素影響，實際排氣量永遠(yuǎn)小于理論值。這樣可用容積效率來表示二者的關(guān)系 λ= V39。h／Vh (24)式中 λ——壓縮機(jī)的容積效率，又稱輸氣系數(shù)； V39。h——實際排氣量。 壓縮機(jī)的制冷量Q為 Q = Meγ=AλVhγ／CV (25)式中 Q——每轉(zhuǎn)的制冷量，單位為w／r； Me——每轉(zhuǎn)的排氣質(zhì)量，單位為kg；γ——制冷劑每lkg的汽化潛熱，單位為J／kg； λ——壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)； CV——制冷劑在吸氣狀態(tài)的比體積，單位為m3／kg； Vh——理論排氣量，單位為m3／h。要計算汽車空調(diào)壓縮機(jī)每小時的制冷量，必須規(guī)定空調(diào)壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況。對汽車空調(diào)壓縮機(jī)而言，其標(biāo)準(zhǔn)工況為：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速1800r／min，冷凝器表面溫度為55℃，冷凝器進(jìn)口干球溫度為67℃，濕球溫度為59．5℃，風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動。三、汽車空調(diào)制冷壓縮機(jī)應(yīng)用概況 目前正式應(yīng)用在汽車空調(diào)上的壓縮機(jī)不少于30多種，按其運(yùn)動形式和主要零部件形狀，壓縮機(jī)分類如下： 各類壓縮機(jī)的應(yīng)用情況如下： 1)曲軸連桿式壓縮機(jī)是使用時間最早、最長的第一代產(chǎn)品。中型曲軸連桿式壓縮機(jī)仍在公共汽車和旅游客車上大量應(yīng)用。 2)翹板式和斜板式活塞壓縮機(jī)是第二代產(chǎn)品。它的優(yōu)點是沒有連桿，主軸上慣性較小、結(jié)構(gòu)緊湊。從1953年至今，汽車空調(diào)仍以它為主。 3)徑向活塞壓縮機(jī)雖然20世紀(jì)70年代便已問世，但在應(yīng)用過程中，遇到了回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的競爭，所以這種壓縮機(jī)至今沒有得到應(yīng)有的重視。 以上這幾種壓縮機(jī)均屬于往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)共同的特點是活塞作往復(fù)運(yùn)動。所以運(yùn)動慣性力大，轉(zhuǎn)速的提高受到了限制。在相同體積下與其他制冷機(jī)比較，其制冷量小、振動大、容積效率較低。特別是慣性力對轉(zhuǎn)速的限制，是它們可能被旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)所取代的根本原因。 4)旋葉式、滾動活塞式、三角轉(zhuǎn)子式和螺桿式壓縮機(jī)可以稱為第三代產(chǎn)品。它們的共同特點是容積系數(shù)較高，都需要大量的粘度較高的冷凍油潤滑和密封，所以潤滑系統(tǒng)較復(fù)雜。5)渦旋式壓縮機(jī)為第四代。其特點是基本具備了汽車對空調(diào)壓縮機(jī)提出的要求和特性，是一種最有前途的壓縮機(jī)。目前應(yīng)用在轎車上的一些型號已全面地顯示了其優(yōu)越性，但其在大型客車上的應(yīng)用還有一段距離。 為了保護(hù)地球的有限資源、減少環(huán)境污染，各國對汽車的每100km耗油量都作出嚴(yán)格的限制。加裝空調(diào)后，汽車油耗增加7％～10％，因此節(jié)能型汽車空調(diào)壓縮機(jī)是今后的發(fā)展方向。很顯然，在高速下，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的制冷輸出量、降低發(fā)動機(jī)的能量消耗、保證汽車具有優(yōu)良的動力性和車內(nèi)的舒適性，以及降低油耗，是當(dāng)今各類型壓縮機(jī)開發(fā)研制的方向。 變?nèi)萘繅嚎s機(jī)便是根據(jù)上述要求提出來的。它可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、車內(nèi)的溫度自動調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的容量。 汽車空調(diào)定容量壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 壓縮機(jī)的理想工作過程可用如圖28所示的PV圖來表示。縱坐標(biāo)表示壓力P，橫坐標(biāo)表示活塞移動時在氣缸中形成的容積V。在圖28中： 4l表示吸氣過程?；钊麖纳现裹c開始向右移動，吸氣閥打開，在壓力p1下吸入制冷劑。此時，壓力為p1的制冷劑對活塞作功，其值等于面積41604。 12表示壓縮過程?；钊麖南轮裹c向左移動，制冷劑從壓力p1被絕熱壓縮到p2。此時，活塞對制冷劑做的機(jī)械功可用面積l256l表示。 23表示排氣過程。當(dāng)活塞左行到點2位置時排氣閥打開，活塞繼續(xù)左移，在壓力p2條件下將制冷劑全部排出。此時活塞對制冷劑作功等于面積23052。由于假設(shè)不存在余隙容積，排氣終了時氣缸中沒有殘留的制冷劑。當(dāng)活塞再一次向右移動時重復(fù)4l吸氣過程。 壓縮機(jī)的實際工作過程與理想工作過程有很大不同。實際工作過程存在余隙容積、吸排氣閥有阻力、工作時存在壓力損失、氣缸壁與制冷劑之間有熱交換、有漏氣損失等情況。 1．曲軸連桿式壓縮機(jī)圖29所示為曲軸連桿式壓縮機(jī)斷面圖，主要由曲軸、活塞、連桿、氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱、吸排氣閥片和閥板等零件構(gòu)成。該壓縮機(jī)是立式，機(jī)體為箱型。機(jī)體就是壓縮機(jī)的機(jī)身，由氣缸體、曲軸箱和缸蓋等部件組成。機(jī)體的幾何形狀復(fù)雜、加工面多，在工作時承受較大的流體壓力和運(yùn)動部件的慣性力。氟里昂制冷劑的滲透性極強(qiáng)，故必須采用強(qiáng)度高和密封性好的灰鑄鐵鑄造。小型壓縮機(jī)的機(jī)體一般都采用把氣缸體和曲軸箱鑄成一體的整體結(jié)構(gòu)，稱為氣缸體曲軸箱結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是整個機(jī)體的剛度好，工作時變形小，因此壓縮機(jī)的磨損和耗功有所減少；其次，機(jī)體的配合面少，可以改善壓縮機(jī)的密封性。 大、中型壓縮機(jī)的氣缸工作面不是直接和機(jī)體鑄造在一起，而是另配有可單獨(dú)裝卸的氣缸套，這樣做主要有以下優(yōu)點： 1)氣缸套耗材少，可以采用優(yōu)質(zhì)材料或表面鍍鉻，提高氣缸面的耐磨性。 2)如氣缸面磨損到超過允許范圍，只要更換氣缸套就可以，既可節(jié)省修理費(fèi)用，又簡單省時。 3)可以簡化氣缸體曲軸箱結(jié)構(gòu)，便于鑄造。 當(dāng)發(fā)動機(jī)帶動曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞在氣缸內(nèi)作上下往復(fù)運(yùn)動，在吸、排氣閥的配合下，完成對制冷劑氣體的吸人、壓縮和輸送的任務(wù)。壓縮機(jī)的活塞在氣缸內(nèi)不斷地運(yùn)動，改變了氣缸的容積，從而在制冷系統(tǒng)中起到了壓縮和輸送制冷劑的作用。 壓縮機(jī)的工作，可分為壓縮、排氣、膨脹、吸氣等四個過程，如圖210所示。 (1)壓縮過程 活塞在曲軸的帶動下在氣缸內(nèi)運(yùn)動，當(dāng)活塞運(yùn)行到缸內(nèi)最低點(下止點I—I)時，氣缸內(nèi)充滿了由蒸發(fā)器吸入的制冷劑氣體?；钊偕闲袝r，吸氣閥被關(guān)閉，而排氣閥因缸內(nèi)壓力降低而不能頂開。因此，活塞上行，缸內(nèi)體積縮小，即氣缸工作容積不斷變化，密閉在缸內(nèi)的制冷劑氣體的壓力和溫度不斷升高。當(dāng)活塞向上移動到一定位置(Ⅱ—Ⅱ)，即缸內(nèi)氣體壓力略高于排氣閥上部的壓力時，排氣閥便被打開，開始排氣。制冷劑氣體在氣缸內(nèi)從進(jìn)氣時的低壓升高到排氣樂力的過程稱為壓縮過程。 (2)排氣過程 活塞繼續(xù)向上運(yùn)行，氣缸內(nèi)的制冷劑氣體壓力不再升高，而是不斷地經(jīng)過排氣閥向排氣管輸出，直到活塞運(yùn)動到最高位置(上止點Ⅲ—Ⅲ)時，排氣過程結(jié)束。制冷劑氣體從氣缸向排氣管輸出的過程稱為排氣過程。 (3)膨脹過程 當(dāng)活塞運(yùn)行到上止點位置時，由于壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及工藝等原因，活塞頂部與氣閥座之間存在一定的間隙，該間隙所形成的容積稱為余隙容積。排氣過程結(jié)束時，由于該間隙內(nèi)有一定數(shù)量的高壓氣體，當(dāng)活塞再下行時，排氣閥已關(guān)閉，可進(jìn)氣閥并不能馬上打開，吸氣管內(nèi)的氣體不能很快進(jìn)入氣缸，這是因為殘留的高壓氣體還需在氣缸容積增大后膨脹，使其壓力下降到氣缸內(nèi)的壓力稍低于吸氣管道內(nèi)的壓力時，吸氣閥才能打開?；钊麖纳现裹c向下移動到吸氣閥打開的位置(IV—IV)，稱為膨脹過程。 (4)吸氣過程 活塞繼續(xù)下行，吸氣閥打開，低壓制冷劑氣體便不斷地由蒸發(fā)器經(jīng)吸氣管和吸氣閥進(jìn)入氣缸，直到活塞下行至下止點為止，這一過程稱為吸氣過程。 完成吸氣過程后，活塞又上行，重新開始了壓縮過程，如此周而復(fù)始，循環(huán)不已。 目前小型曲軸連桿式壓縮機(jī)已經(jīng)停止生產(chǎn)，但在大、中型汽車上的空調(diào)壓縮機(jī)仍然采用曲軸連桿式。這是因為它可以按照需要的制冷量，配置多缸制冷壓縮機(jī)，既便于生產(chǎn)，又便于維修。它的低速性能也比其他壓縮機(jī)好，所以特別適用于大、中制冷量需求的汽車空調(diào)。 2．徑向活塞式壓縮機(jī) 徑向活塞式壓縮機(jī)是一種往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，在一個截面上有四個氣缸對置。由于采用徑向十字形排列、軸向尺寸短、平衡性能好、振動小，這是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡單、最緊湊的品種，而且低速性能好，可靠性高。徑向活塞式壓縮機(jī)一般都為四缸，它有兩種類型：一類有四個徑向活塞，四個氣缸位于同一徑向平面，一根連桿聯(lián)接兩個活塞，曲柄在連桿槽中滑動，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊闹本€往復(fù)運(yùn)動，如圖211 a所示，稱為連桿徑向活塞式壓縮機(jī)；另一類無連桿，稱為滑環(huán)徑向活塞式壓縮機(jī)，氣缸分別在壓縮機(jī)的一端，互相間隔90186。，氣缸軸線垂直于壓縮機(jī)曲軸。曲軸與汽車發(fā)動機(jī)的曲軸一樣，有一個呈U形的曲拐，但它沒有普通的連桿和活塞，而是由一個對置雙活塞總成構(gòu)成，如圖2llb所示。這個對置的(左和右，上和下)雙活塞總成稱為滑環(huán)，滑環(huán)總成中間部分裝有兩個活塞，相隔1800，靠軛叉相聯(lián)，軛叉和曲軸相聯(lián)。曲軸轉(zhuǎn)動時，U形曲拐使這個對置雙活塞總成前后移動，推動一個活塞在其氣缸內(nèi)上行，同時將與其對置的活塞向下拉。壓縮機(jī)有兩