詳解汽車空調壓縮機結構與工作原理(下)

◆文/江蘇 趙寶平 陳林山 武文娟

(接上期)

4.旋葉式壓縮機

(1)工作原理

旋轉式壓縮機和往復式壓縮機都是依靠汽缸容積的變化來達到制冷目的的，但它的工作容積變化除了周期性擴大和縮小外，其空間位置也隨主軸的轉動不斷發生變化。旋轉式壓縮機基本上無余隙容積，其工作過程一般只有進氣、壓縮、排氣三個過程，所以它的容積效率比往復式壓縮機高得多，可高達80%～95%。

旋葉式壓縮機又稱刮片式壓縮機，是旋轉式壓縮機的一種。旋葉式壓縮機的汽缸有圓形和橢圓形兩類。葉片有二片、三片、四片、五片等幾種。其中圓形汽缸配置的葉片為二、三、四片三種，如圖10、圖11所示。橢圓形汽缸配置的葉片為四、五片兩種，如圖12所示。

圖10 圓形汽缸的旋葉式壓縮機剖視圖

在圓形汽缸的旋葉式壓縮機中，轉子的主軸相對汽缸的圓心有一偏心距，這使轉子緊貼在汽缸內表面的進氣孔和排氣孔之間。而在橢圓形汽缸中，轉子的主軸和橢圓的幾何中心重合，轉子緊貼橢圓兩短軸上的內表面。這樣轉子的葉片和它們之間的接觸將汽缸分成幾個空間，當主軸帶動轉子旋轉一周時，這些空間的容積發生擴大→縮小→歸零的循環變化。相應地制冷劑蒸汽在這些空間內發生吸氣→排氣的循環。 對于圓形汽缸而言，雙葉片式將空間分成兩個空間，主軸每旋轉一周，即有兩次排氣過程；三葉片則有三次排氣過程。葉片越多，壓縮機的排氣脈沖越小，橢圓汽缸壓縮機也是如此。由于排氣閥設計在接近接觸線的位置，因此旋葉式壓縮機幾乎不存在余隙容積。

1.機殼；2.缸體；3.葉片(共4片)；4.轉子；5.吸氣腔；6.排氣簧片；7.進油口；8.主軸。

圖11 圓形汽缸的旋葉式壓縮機實物圖

由此可見，旋葉式壓縮機由于不設吸氣閥，容積效率特別高，轉子可以高速運轉，因此制冷能力強。

(2)基本結構

旋葉式壓縮機的主要零部件有缸體、轉子、主軸、葉片、排氣閥、后端蓋、帶有離合器的前端蓋和主軸的油襯。后端蓋6和前端蓋3上有兩個滾動軸承(4、7)支撐主軸轉動，后端還有一個油氣分離器。圖13所示為旋葉式壓縮機的軸向剖視圖。

圖13 旋葉式壓縮機軸向剖視圖

(3)變容量旋葉式壓縮機

圖14所示變容量旋葉式壓縮機為一種雙葉片旋葉式壓縮機。它可根據發動機轉速的高低，自動調節制冷量。

這種壓縮機的工作原理為：在汽缸的吸氣孔4處，有一變容量槽3，當葉片刮過吸氣孔4時，進氣過程本來應該結束，但由于汽缸開有變容量槽3，因此在氣流慣性的作用下，繼續通過變容量槽3進行充氣，這樣可以提高充氣效率，又不影響下一汽缸的進氣過程。變容量槽3和葉片8構成一個缺口，通過該缺口槽進人汽缸的氣體流量正比于缺口截面積和流入時間的乘積，即流量= Kx截面積x流入時間x葉片厚度，式中K為比例系數。

低轉速時，葉片刮過變容量槽3的時間長，充氣量增大，制冷量大；而高轉速時，葉片刮過變容量槽3的時間短，汽缸充氣量相對減少，則制冷量減少，能耗降低。在相同制冷量條件下，汽缸容積可以減小30%，而重量降低20%。從整體來看，不但能進行制冷量自動調節，還可減少功耗，這也是旋葉式壓縮機得到廣泛應用的原因。

5.滾動活塞式壓縮機

滾動活塞式壓縮機由美國Vilter 20世紀初首次推出，之后瑞士的Escher Wyess公司開始生產，但當時與往復式相比，并無明顯競爭力。到60年代，精密加工技術迅速發展，滾動活塞式壓縮機的技術也日臻完善。70年代，滾動活塞式壓縮機廣泛應用于小型的空調與制冷裝置，在小容量范圍(0.3～5KW)有替代往復式壓縮機的趨勢。

典型生產廠家：日本的三洋、日立、東芝、三菱、松下、美國的FEDDERS公司；國內的上海日立、慶安、沈陽華潤等。

(1)工作原理

滾動活塞式壓縮機是一種新型的旋轉式壓縮機，有單缸、雙缸和變容量三種。該種壓縮機由于體積小，工作可靠，因此廣泛應用于汽車空調及其他空調和冰箱上。滾動活塞式壓縮機的工作原理如圖15所示。

當曲柄旋轉時，活塞不但做自身滾動，而且在以汽缸的中心為圓心、偏心距為半徑的圓周上做回旋運動(不是旋轉運動)。這兩種運動的合成，引起汽缸兩部分空間容積擴大和縮小的周期性變化。當進氣腔的空間容積不斷擴大時，制冷劑蒸汽不斷地從外面吸進，壓縮機處于進氣過程；而另一腔則容積不斷縮小，蒸汽不斷壓縮，處于壓縮過程。當壓力腔的蒸汽壓力略大于排氣腔時，則排氣閥打開，將壓縮蒸汽排出汽缸外，處于排氣過程。

(2)主要結構

如圖16所示為日本三菱SA-430滾動活塞式壓縮機的剖面圖。滾動活塞式壓縮機的主要零件有曲軸，轉子，缸體，前、后端蓋和刮片。曲軸11由兩端面上的滾子軸承9和14支承，平衡塊8在曲軸尾端。葉片彈簧12壓迫刮片24緊貼旋轉活塞28在缸體內滾動。不設吸氣閥，排氣閥采用圓柱形。由于圓柱形閥工藝性好，因此在汽缸上安裝和布置較方便。潤滑采用壓差輸油的方式，即冷凝的冷凍機油在汽缸內潤滑旋轉活塞與缸壁接觸部位及刮片后，和制冷劑一起排到機體底部，底部裝有不銹鋼篩網，用來分離油氣。分離后的油氣，其中蒸氣從排氣口排出，冷凍機油留在機體底部。在排氣高壓作用下，通過吸油孔29，油被送到滾子軸承、活塞內孔以及油封等處，而在底部的刮片和彈簧都浸在油中。

(3)變容量滾動活塞式壓縮機

如圖17所示為一雙缸變容量滾動活塞式壓縮機。在該種壓縮機上，一根曲軸配有兩個串聯的滾動活塞和中間隔板，其他部分與單缸同。為方便平衡曲軸，兩個曲柄位置錯開180°，這樣兩個活塞也相互錯開180°，這使排氣連續進行，排氣量提高一倍，壓縮機的體積也更緊湊。滾動活塞式壓縮機的變容量是停止其中一缸工作，讓其制冷量減少一半。

其原理是：從排氣口9引一條管道到后缸的卸載閥，當聯接管14關閉時，卸載閥16在右邊，打開后缸的吸氣口5，讓其雙缸全負荷工作。在車速很快時，蒸發器出口空氣溫度下降，接通聯接管14，讓排氣高壓引入卸載閥16，閥門移到左邊，關閉后缸的吸氣入口，讓后缸處于空轉狀態，沒有制冷劑輸出。很顯然，這是一種突變的方式，所以輸出的冷空氣量和溫度波動很大。

6.渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是一種新型壓縮機，主要適用于汽車空調，如圖18所示。它與往復式壓縮機相比，具有效率高、噪音低、振動小、質量小、結構簡單等優點，是一種先進的壓縮機。

圖18 渦旋式壓縮機

(1)工作原理

渦旋式壓縮機主要由具有渦旋葉片圈的動、定兩渦旋盤所組成，相互錯開180°，在兩個點相互接觸，相當于嚙合作用。渦旋式壓縮機的工作原理如圖19所示。

如圖19a所示為吸氣結束時，一對渦旋圈形成了兩對月牙形容積，最大的月牙形容積11將開始壓縮，動圈渦旋中心10繞定圈渦旋中心3繼續回旋公轉，原來最大的月牙形容積已壓縮，如圖19b所示。動圈被曲軸帶動而再作回旋運動，被壓縮的容積縮小到如圖18c所示最小壓縮容積7(此容積根據內容積比值確定)。這一月牙形容積中的制冷劑蒸氣即與設在渦旋圈中心的排氣口相通。在壓縮的同時，動圈與定圈的外周又形成吸氣容積(4、8)再回旋，再壓縮，如此周而復始完成吸氣、壓縮、排氣工作過程。

(2)基本結構

渦旋式壓縮機主要由固定渦旋盤、動渦旋盤、機架、聯接器和曲軸等組成，如圖20、圖21所示。動渦旋盤3上的葉片采用漸開線，與其嚙合的固定渦旋盤2上應是包絡線，因此動、靜兩個渦旋圈為一對漸開線曲線。理論上，渦旋式壓縮機渦旋圈的圈數愈多，動作愈平穩，效率愈高。實際應用中，為了防止過壓縮和受直徑限制，一般汽車空調渦旋式壓縮機渦旋圈選2.5～3圈。

渦旋式壓縮機的回旋機構如圖22所示，通過回旋機構產生回旋運動(而不是旋轉運動)。當電磁離合器接通時，曲軸1轉動，曲柄銷2驅動偏心套3回旋運動，傳動軸承4也作回旋，傳動軸承上的動渦旋盤5也作回旋運動，即動渦旋盤繞固定渦旋盤作公轉回旋運動。設置在偏心套上的平衡塊6可以平衡動渦旋盤的回旋離心力。因此在運行期間，渦旋盤壓縮室的徑向密封不取決于離心力，而主要取決于偏心套的回旋力矩。該力矩是由作用于偏心套的氣體壓力的切向分力和作用在曲軸銷的動盤回旋驅動力所構成的力偶產生的。兩偏心力的軸向位置是錯開的，為了保持壓縮機的動平衡，曲軸和離合器設置了平衡塊。

動圈背面與前蓋之間裝有球形聯接機構。球形聯接機構有兩個作用：一個是起回轉推力軸承的作用，承受氣體的軸向壓力；另一個是防止動圈自轉并能消除軸向偏移。

圖20 渦旋式壓縮機結構簡圖

圖22 回旋機構

圖21 渦旋式壓縮機實物結構圖

動渦旋盤和固定渦旋盤在安裝時存在著180°的相位角，從而使兩渦旋盤相互嚙合形成一系列的月牙形容積。動渦旋盤由一個偏心距很小的曲軸帶動，使之繞固定渦旋盤的軸線運動。此外，在動渦旋盤背后利用一聯接機構，用來保證動渦旋盤和固定渦旋盤之間的相對運動。在此運動過程中，制冷劑蒸氣由渦旋盤的外邊緣被吸人到月牙形工作容積中，工作容積逐漸向中心移動并減小，使制冷劑蒸氣被壓縮，最后經中心部位的排氣口軸向排出，從而完成吸氣、壓縮和排氣的整個周期。