1、第三章 汽车空调制冷系统基本结构 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 第一节 压缩机第二节 热交换器第三节 储液干燥器与集液器第四节 膨胀节流装置第五节 吸气节流阀控制的蒸发器压力制冷系统第三章 汽车空调制冷系统基本结构 第一节第一节 压压 缩缩 机机压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，其作用是维持制冷剂在制冷系统中的循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，压缩制冷剂蒸汽，使其压力和温度升高，并将制冷剂蒸汽送往冷凝器。压缩机和膨胀阀是制冷系统中低压和高压、低温和高温的分界处。汽车空调压缩机与一般用途的压缩机相比，在结构和性能上有下列特殊的要求：(1)制冷能力要强，尤其要求有良好的低速性能，以确
2、保汽车在低速行驶和怠速时也有足够的制冷能力。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 (2)要节省动力，尤其是汽车在高速行驶时动力消耗不能过大，否则不仅使经济性降低，还会影响汽车的动力性能。(3)对于轿车和轻型汽车来说，压缩机必须在发动机舱有限的空间内安装和固定，因此要求压缩机的体积和质量都要小。(4)车在高温怠速情况下，发动机舱里的压缩机温度可达120；汽车行驶时颠簸振动也很大，要求压缩机在高温和颠振的情况下能正常工作。(5)要求压缩机启动、运转平稳，振动小，噪声低，工作可靠。用于汽车制冷系统的压缩机按其运动形式可分为往复活塞式和旋转式两大类，具体还可细分为 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 另外，
3、汽车制冷系统的压缩机按压缩机工作时工作容量是否变化可分为定容量式和变容量式。往复活塞式曲轴连杆式径向活塞式轴向活塞式摆盘式斜盘式旋转式旋叶式转子式螺杆式旋涡式圆形汽缸椭圆形汽缸滚动活塞式三角转子式第三章 汽车空调制冷系统基本结构 一、曲轴连杆式压缩机一、曲轴连杆式压缩机 曲轴连杆式压缩机是一种早期应用较为广泛的制冷压缩机，现在大、中型客车中仍然在使用。此类压缩机的活塞在气缸内不断地运动，改变了气缸的容积，从而在制冷系统中起到了压缩和输送制冷剂的作用。压缩机的工作可分为压缩、排气、膨胀、吸气四个过程，如图3-1所示。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1活塞 2气缸 3吸气阀 4排气阀图3-1 曲
4、轴连杆式压缩机工作过程 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1.压缩过程压缩过程 活塞在曲轴的带动下在气缸内运动，当活塞运行到缸内最低点(下止点-)时，气缸内充满了由蒸发器吸入的制冷剂气体。当活塞上行时，吸气阀被关闭，而排气阀因缸内压力降低而不能打开。因此，活塞上行，缸内体积缩小，即气缸工作容积不断变化，密闭在缸内的制冷剂气体的压力和温度不断升高。当活塞向上移动到一定位置(-)时，即缸内气体压力略高于排气阀上部的压力时，排气阀便被打开，开始排气。制冷剂气体在气缸内从进气时的低压升高到排气时的压力的过程称为压缩过程。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.排气过程排气过程 活塞继续向上运行，气缸内的
5、制冷剂气体压力不再升高，而是不断地经过排气阀向排气管输出，直到活塞运动到最高位置(上止点-)时，排气过程结束。制冷剂气体从气缸向排气管输出的过程称为排气过程。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.膨胀过程膨胀过程 当活塞运行到上止点位置时，由于压缩机的结构及工艺等原因，活塞顶部与气阀座之间存在一定的间隙，该间隙所形成的容积称为余隙容积。排气过程结束时，由于该间隙内有一定数量的高压气体，当活塞再下行时，排气阀已关闭，可吸气阀并不能马上打开，使得吸气管内的气体不能很快进入气缸。这是因为残留的高压气体还需在气缸容积增大后膨胀，使其压力下降到气缸内的压力稍低于吸气管道内的压力时，吸气阀才能打开。活塞从
6、上止点向下移动到吸气阀打开位置(-)的过程，称为膨胀过程。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 4.吸气过程吸气过程 活塞继续下行，吸气阀打开，低压制冷剂气体便不断地由蒸发器经吸气管和吸气阀进入气缸，直到活塞下行至下止点为止，这一过程称为吸气过程。完成吸气过程后，活塞又上行，重新开始压缩过程，如此周而复始，不断循环。压缩机经过压缩、排气、膨胀、吸气等四个过程，将蒸发器内的低压制冷剂气体吸入，使其压力升高后排入冷凝器，因此，压缩机起吸入、压缩和输送制冷剂的作用。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-2 摆盘式压缩机工作原理 1活塞2压块3钢球4摇板5主轴6楔形传动板第三章 汽车空调制冷系统基本结构
7、 二、摆盘式压缩机二、摆盘式压缩机 1.工作原理工作原理 摆盘式压缩机的工作原理如图3-2所示。气缸以压缩机的轴线为中心，均匀分布，连杆联接活塞1和摆盘，两端采用球形万向联轴器，使摆盘的摆动和活塞1的移动相协调而不发生干涉。摆盘中心用钢球3作支承中心，并用一对固定的锥齿轮限制摆盘只能摇动而不能转动。主轴和楔形传动板6联接在一起。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 压缩机工作时，主轴带动楔形传动板6一起旋转。由于楔形传动板6的转动，迫使摆盘以钢球3为中心，进行左右摇摆移动。摆盘和楔形传动板6之间的摩擦力，使摆盘具有转动的趋势，但是这种趋势被一对锥齿轮所限制，使得摆盘只能左右移动，并带动活塞在气缸内
8、作往复运动。该类压缩机与曲轴连杆式一样，均有吸气和排气阀片，工作循环也具有压缩、排气、膨胀、吸气四个过程。当活塞向右运动时，该气缸处于膨胀、吸气两个过程，而摆盘另一端的活塞作反向的向左移动，使该气缸处于压缩、排气两个过程。主轴每转动一周，一个气缸便要完成上述的压缩、排气、膨胀、吸气的一个循环。一般一个摆盘配有五个活塞，这样相应的五个气缸在主轴转动一周时，就有五次排气过程。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-3 摆盘式压缩机的剖视图1后缸盖2阀板3排气阀片4排气腔5弹簧6后盖缸垫7主轴8轴封总成9滑动轴承10端面滚子 轴承11前缸盖12楔形传 动板13锥齿轮14缸体15钢球16摆盘圆柱滚子轴
9、承17摆盘18锥齿轮19连杆20活塞21阀板垫22吸气腔第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.主要结构 图3-3是SD-5摆盘式压缩机的剖视图。该压缩机的特点是将摆盘17和楔形传动板12的滑动配合面改为滚子轴承，楔形传动板12与前缸盖接触面亦改为滚子轴承，并将楔形传动板12掏空，大部分零件也改用铝合金材料。这样改进后压缩机结构更紧凑，重量更轻，寿命更长，而且价格低廉。SD-5型压缩机的主要构造为：主轴和五个气缸轴线平行，缸体14上均匀分布着五个轴向气缸，气缸内的活塞20和摆盘17被连杆用球形万向联轴器联接，通过滚子轴承10和16，使楔形传动板12与前缸盖和摆盘之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了
10、摩擦阻力和零件的磨损，延长了零件寿命。轴承9是一对滑动轴承，它和钢球15一起支承主轴和楔形传动板12的运动。钢球9还起摆盘的支点作用。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 吸气腔和楔形传动板腔有通气孔，使夹带润滑油的制冷剂蒸汽先润滑所有的运动部件和油封后，再到气缸中压缩。目前，摆盘式压缩机已得到广泛的应用，如许多汽车修理厂都采用三电公司的压缩机来替换原有的汽车空调压缩机。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.变容量摆盘式压缩机变容量摆盘式压缩机 与普通摆盘式压缩机相比，变容量摆盘式压缩机最大的改进是在后端盖上装了一个波纹管控制器和导向器。波纹管放在吸气腔内，受蒸汽气压控制，通过波纹管的动作来控制排
11、气腔和摆盘室、吸气腔和摆盘室之间的阀门通道。导向器根据摆盘室内压力的大小，自动调节摆盘倾斜角度的大小。摆盘倾角越大，活塞行程越长，排出的气体亦越多；反之，摆盘倾角越小，活塞行程越短，排气量亦越少。角度小时制冷量少，耗能亦少。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 当发动机转速降低时，由蒸发器出来的蒸汽气压升高，使波纹管压缩。当压力大于0.35 MPa时，控制阀开启低压通道，关闭高压通道，这时摆盘室的蒸汽进入低压腔，使摆盘室内气压变小。活塞压缩时，两端的压差变大，导向器自动调节，以增大摆盘倾角来平衡活塞上增大的力矩。这样活塞行程变长，排气量增多，蒸发器压力亦增高。最终，活塞两端的压差使压缩机满负荷输出
12、压缩蒸汽，制冷量最大。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 当发动机高转速时，吸气腔的压力降低。当下降至0.3 MPa时，控制阀打开高压通道，关闭低压通道，高压蒸汽进入摆盘室，使活塞压缩时两端的压差变小，导向器自动调节减小摆盘倾角。这样活塞行程缩短，排气量减小，耗能降低。由于变容量摆盘式可以在吸气压力0.300.35 MPa之间连续无级调节其输气量，从而实现了空调在不同工况下压缩机的制冷量和功耗的合理匹配，极大限度地改善了汽车空调的舒适性，并降低了能耗。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 三、斜盘式压缩机三、斜盘式压缩机 斜盘式压缩机是一种轴向往复活塞式压缩机。目前，它是汽车空调压缩机中使用最为广泛
13、的一种。国内常见的轿车，如奥迪、捷达以及富康等轿车皆采用斜盘式压缩机作为汽车空调的制冷压缩机。1.工作原理工作原理 斜盘式和摆盘式压缩机同属于轴向往复活塞式压缩机，其结构如图3-4所示。它们之间的不同是摆盘式的活塞运动属单向作用式，而斜盘式的活塞运动属双向作用式，所以有时又把它们分别称作单向斜盘式压缩机和双向斜盘式压缩机。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1回转斜盘 2活塞 3楔形传动板 4活塞 5摆盘图3-4 斜盘式与摆盘式压缩机原理和结构比较(a)斜盘式压缩机的活塞双向作用；(b)摆盘式压缩机的活塞单向作用 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-5是一种斜盘式压缩机的剖面图。斜盘式压缩机
14、的工作原理为：当主轴1带动斜盘转动时，斜盘便驱动活塞13做轴向移动，由于活塞在前后布置的气缸中同时做轴向运动，这相当于两个活塞在做双向运动。即当前缸活塞向左移动时，排气阀片关闭，余隙容积的气体首先膨胀，在缸内压力略小于吸气腔压力时，吸气阀片打开，低压蒸汽进入气缸开始了吸气过程，一直到活塞向左移动到终点为止；当后缸活塞向左移动时，开始压缩过程，蒸汽不断压缩，压力和温度不断上升，当压缩蒸汽的压力略大于排气腔压力时，排气阀片打开，转到排气过程，一直到活塞移动到左边为止。这样斜盘每转动一周，前后两个活塞各自完成吸气、压缩、排气、膨胀过程，完成一个循环，相当于两个工作循环。这意味着如果缸体截面均布五个气
15、缸和五个双向活塞时，当主轴旋转一周，相当于10个气缸工作。所以称这种五缸、五个双向活塞布置的压缩机为斜盘式十缸压缩机。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1主轴 2压板 3带轮轴承 4轴封 5密封圈 6前阀板 7回油孔 8斜板 9吸油管10后阀板 11轴承 12机油泵 13活塞 14后缸盖 15后气缸 16钢球 17钢球滑靴18前后活塞球套 19前气缸 20前气缸盖 21带轮 22电磁线圈图3-5 斜盘式压缩机剖视图 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.主要结构主要结构 斜盘式压缩机的主要零件有缸体，前、后缸盖，前、后阀板，活塞等。它的斜盘固定在主轴上，钢球用滑靴和活塞的联接架固定。钢球的作用
16、是使斜盘的旋转运动经钢球转换为活塞的直线运动时，由滑动变为滚动。这样可减少摩擦阻力和磨损，以及延长滑板的使用寿命。现在斜盘和滑靴都以耐磨、质轻的高硅铝合金材料替换了当初使用的铸铁材料，活塞也用硅铝合金材料，这样既减轻了压缩机运动机件的重量，又可提高压缩机的转速。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 由于斜盘式压缩机的活塞双向作用，因此在它的两边都装有前、后阀总成，各总成上都装有吸气阀片和排气阀片。且前、后缸盖上都有各自相通的吸气腔和排气腔，吸、排气缸用阀垫隔开。其润滑方式有两种，一种是采用油泵强制润滑，它用于豪华型轿车和豪华小型巴士车，这种压缩机具有较大制冷量；另一种设有油池，没有油泵，依靠润滑油
17、和制冷剂一起循环时在吸气腔内因压力和温度下降而分离出的润滑油来润滑压缩机各组件，很显然这与摆盘式压缩机类似。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.变容量斜盘式压缩机变容量斜盘式压缩机 斜盘式压缩机实现容量变化的形式很多，但原理均相差不大，归根结底都是采用电磁三通阀来调节气缸内余隙容积大小，使排气量发生变化，从而达到调节制冷量大小的目的。如图3-6所示，六缸斜盘式压缩机每缸均配置一个余隙容积调节阀1，使用一个电磁阀5控制。也有用多个电磁阀控制六个缸的排气量的压缩机。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 l余隙容积调节阀 2排气腔 3活塞 4阀口 5三通电磁阀 6回气管 7工作管图3-6 斜盘式压缩机
18、变容量工作原理 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 正常负荷工作时，电磁阀与排气腔工作管接通，高压气体将余隙容积调节阀1向右推，直至将阀口堵住，此时压缩机为100%的负载，即以正常排气量工作。当需要降低压缩机的排气量时，电磁阀5与回气管6和工作管7相通。当吸气时，原来左端的高压气体通过工作管7、回气管6送到吸气气缸。在活塞压缩时，气体推动余隙容积调节阀左移，留下一个空间，如图3-6所示。当压缩完毕时，余隙容积调节阀1内的气体保留下来。当活塞3右移时，余隙容积调节阀内的高压气体首先膨胀，这样就减少了气缸的吸气量和排气量，相应功耗也就减少。至于每缸排气量的减少量，一般按设计余隙容积减小75%来设计，
19、相应功耗可减小50%。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 由以上所述可以看出，斜盘式压缩机的容量是有级变化，这就远不及摆盘式压缩机输气的质量好。与此同时，采用单电磁阀控制多个气缸的方式也不合理，这会引起排气的波动太大，相应地引起制冷量的急剧变化。所以，最好采用多电磁阀来控制多个气缸，根据车内或车外温度来决定变容的缸数。但这样一来控制结构就变得复杂起来。因而，从变容的结构、耗能、空调舒适性来说，摆盘式的整体性能比其他往复式压缩机要好得多。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 四、旋叶式压缩机四、旋叶式压缩机 1.工作原理工作原理 旋转式压缩机和往复式压缩机都是依靠气缸容积的变化来达到制冷的目的的，但是
20、旋转式压缩机工作容积的变化不同于往复式压缩机，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。这类压缩机只要进气口的位置设置合理，完全可以不用进气阀片，排气阀片则可根据需要来设置。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%。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 旋转式压缩机的转子不存在往复运动带来的惯性，所以平衡问题容易解决。这样，旋转式压缩机可达到较高转速，增加了制冷能力，减小了体积和重量，这一点对汽车空调显得特别重要。但是，由于旋转式压缩机工作容积不断地变化，使得工作容积的密封
21、面积较大，加上密封的地方大都是曲线，因此密封结构复杂，密封性差。为此，必须借助润滑油来密封，而这又势必造成润滑机构复杂，而且由于润滑油的导热性差，造成空调机的换热性能不良，又降低了它的制冷能力。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 由于旋转式压缩机的特点，近十年来，它已被广泛地应用在汽车空调上，正在逐步取代往复式压缩机。下面对旋转式压缩机中的旋叶式压缩机工作原理进行介绍。旋叶式压缩机又称刮片式压缩机，是旋转式压缩机的一种。它由旋叶式真空泵演变而来。它是旋转式压缩机中应用在汽车空调上最早的一种。旋叶式压缩机的气缸有圆形和椭圆形两类。叶片有二片、三片、四片、五片等几种。其中圆形气缸配置的叶片为二、三、
22、四片三种，如图3-7所示。椭圆形气缸配置的叶片为四、五片两种，如图3-8所示。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1排气孔 2缸盖 3叶片 4转子 5缸体 6进气孔7排气簧片 8主轴 9进油孔 10单向阀图3-7 圆形气缸的旋叶式压缩机剖视图(a)日本松下SO形两叶压缩机；(b)美国纽克VR形四叶压缩机 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 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3-8 椭圆形气缸的旋叶式压缩机 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 在圆形气缸的旋叶式压缩机中，转子的主轴相对气缸的圆心有一偏心距，这使转子紧贴在气缸内表面的进气孔和排气孔之间。而在
23、椭圆形气缸中，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。对于圆形气缸而言，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，椭圆气缸压缩机也是如此。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。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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1前板
24、 2带轮 3前端盖 4轴承 5缸体 6后盖板 7轴承 8吸油管 9排气口10进气口 11后端盖 12转子 13主轴 14带轮轴承 15轴衬图3-9 旋叶式压缩机轴向剖视图 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.主要结构主要结构 图3-9是旋叶式压缩机的轴向剖视图。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。转子上开槽的中心不通过转子中心，而是斜置一个角度，以使叶片在转子的斜置槽中自由滑动。叶片之所以在斜置槽中，目的是尽量减小叶片沿转子槽运动时的阻力，以改善叶片
25、在槽中自由滑动的状况。高压润滑油从槽的底面进入槽中，使叶片以浮动的形式接触缸体曲面而实现密封，这样既减小了密封弹簧的弹力，又提高了叶片的耐磨性。与此同时，离心力对无约束的叶片作用也能加强接触面密封的可靠性。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 旋叶式压缩机后端的排气室内设有一个较大的空间，以用来分离油气，使制冷剂蒸汽经分离后排出。油池里的润滑油在压差作用下，通过输油管压入转子的槽底，通过叶片和槽的间隙，进入气缸。润滑油同时还流到转子与前、后缸盖板的间隙中，对端面的轴承和油封进行润滑，另外还对主轴承进行润滑。润滑后的油随着制冷剂蒸汽经压缩后，再返回油气分离器。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1转子
26、 2主轴 3变容量槽 4吸气孔 5进气管6O形圈 7排气阀 8叶片 9缸体图3-10 变容量旋叶式压缩机 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.变容量旋叶式压缩机变容量旋叶式压缩机 图3-10所示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：在气缸的吸气孔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，但由于气缸开有变容量槽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，又不影响下一气缸的进气过程。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 变容量槽3和叶片8构成一个缺口，通过该缺口槽进入气缸的气体流量正比于缺
27、口截面积和流入时间的乘积，即流量K面积时间叶片厚度。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；高转速时，叶片刮过变容量槽3的时间短，气缸充气量相对减少，制冷量减少，能耗降低。在相同制冷量条件下，气缸容积可以减小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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 五、滚动活塞式压缩机五、滚动活塞式压缩机 1.工作原理工作原理 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
28、。滚动活塞式压缩机的工作原理如图3-11所示。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1吸气口 2曲轴 3气缸 4滚动活塞 5排气阀6滑片 7弹簧 8压缩腔 9吸气腔图3-11 滚动活塞式压缩机的工作原理(a)吸气终止；(b)压缩；(c)左室吸入，右室压缩；(d)左室吸入，右室排空 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 滚动活塞4内部是中空的，并且和曲柄的配合有很大的间隙，在间隙里充满着润滑油。当曲轴2旋转时，依靠摩擦力引起滚动活塞4的转动，并在离心力作用下，使滚动活塞4的内表面和曲柄外表面紧紧接触，造成滚动活塞4的几何中心与曲轴中心不重合，即与气缸中心不重合。接触位置处在活塞中心和气缸3中心连线的延长
29、线与气缸交点上，且该接触线与固定在气缸上的刮片将气缸空间分成两部分。当曲柄旋转时，活塞不但做自身滚动，而且在以气缸的中心为圆心、偏心距为半径的圆周上做回旋运动(不是旋转运动)。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 这两种运动的合成，引起气缸两部分空间容积扩大缩小的周期性变化。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，将压缩蒸汽排出气缸外，处于排气过程。曲轴旋转一周，活塞与气缸的接触线也移动一周，这样压缩机的两个空间各自完成了进气压缩排气三个过程的工作循环，两个缸便
30、完成了两个工作循环。由于滚动活塞式压缩机的吸气过程是连续的，因此不用设置进气阀，容积效率比较高。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 滚动活塞是在曲轴做旋转运动时，在活塞与曲轴的接触表面产生的摩擦力驱动下带动活塞转动的。由于摩擦面上形成有一层支承油膜，因此曲轴和转子内表面的摩擦力不大，活塞的转动速度比曲轴小得多。这样，活塞在气缸面上的运动呈一种滚动方式。它的刮片和滚动活塞的接触部分也是滚动的。所以滚动活塞式压缩机的摩擦功耗很小，这样可以延长使用寿命。这一点与旋叶式的旋叶与气缸接触是滑动接触不同，所以滚动活塞式压缩机得到了广泛的应用。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1进气口 2排气口 3检修备用阀
31、 4安装架 5后盖套 6滚动推力轴承7轴向止动螺栓 8平衡块 9滚动轴承 10后端盖 11曲轴 12叶片弹簧13前盖套 14滚动轴承 15轴封总成 16离合器带轮 17O形圈 18离合器压板19卡环 20油封 21卡环 22离合器线圈 23止推密封 24刮片 25缸体26阀限位器 27油分离阀 28旋转活塞 29吸油孔 30前端盖 31排气阀图3-12 日本三菱SA-430滚动活塞式压缩机剖面图 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.主要结构主要结构 图3-12所示的是一种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由两端面上的滚动轴承9和
32、14支承，平衡块8在曲轴尾端。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，因此在气缸上安装和布置较方便。润滑采用压差输油的方式，即冷凝的润滑油在气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，其中蒸汽从排气口排除，润滑油留在机体底部。在排气高压作用下，通过吸油孔29，油被送到滚动轴承、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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.变容量滚动活塞式压缩机变容量滚动活塞式压缩机 图3-13所示为一双缸变容量滚动活塞式压缩机。在该
33、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，当电磁阀14关闭时，卸载阀17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，接通电磁阀14，让排气高压引入卸载阀17，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。第
34、三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-13 双缸变容量滚动活塞式压缩机 l带轮10后缸体2离合器板11外壳套3油封12吸气腔4曲轴13挡油板5吸气口14联接管6滚动活塞15后缸盖7前缸体16卸载阀8隔板17卸载弹簧9排气口18前缸盖第三章 汽车空调制冷系统基本结构 六、涡旋式压缩机六、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。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。1.工作原理工作原理 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，在两个点上相互接触，相当于啮合作用。涡旋式压缩机的工作原理如图
35、3-14所示。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1固定圈 2动圈 3固定圈涡旋中心 4、5、6、8制冷剂蒸汽 7最小压缩容积9排气口 10动圈涡旋中心 11开始压缩容积(最大容积)12回旋半径图3-14 涡旋式压缩机工作原理(a)吸气结束；(b)压缩行程；(c)排气开始之前 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-14(a)是吸气结束时，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，动圈涡旋中心绕定圈涡旋中心继续回旋公转，原来最大的月牙形容积已压缩，如图3-14(b)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3-14(c)所示最小压缩容积7(此容积根据内容积比
36、值确定)。这一月牙形容积中的制冷剂蒸汽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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.主要结构主要结构 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3-15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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-15 涡旋式压缩机结构简图 1排出口 2固定涡旋盘3动涡旋盘4机架5背压腔 6十字环 7曲轴8吸入口 9背压孔第三章 汽车空调制冷系
37、统基本结构 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2.53圈。涡旋式压缩机的回旋机构如图3-16所示，通过回旋机构产主回旋运动(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，即动盘涡旋绕固定涡旋盘作公转回旋运动。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 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
38、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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-16 回旋机构 1曲轴2曲柄销3偏心套4传动轴承5动涡旋盘6平衡块7曲柄销中心8驱动点第三章 汽车空调制冷系统基本结构 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：一个是起回转止推轴承的作用，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。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
39、。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，制冷剂蒸汽由涡旋盘的外边缘被吸入到月牙形工作容积中，工作容积逐渐向中心移动并减小，使制冷剂蒸汽被压缩，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。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 七、空调压缩机的研究与发展七、空调压缩机的研究与发展 空调压缩机种类较多，常见的有曲轴连杆式、斜盘式、摆盘式、旋叶式、涡旋式、螺杆式及各种类型变容式压缩机等若干种，图3-17所示为各种压缩机示意图。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-17 各种压缩机示意图 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图
40、3-17 各种压缩机示意图 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 曲轴连杆压缩机的制造工艺较成熟，也较简单，维修方便。但不平衡惯性力较大，气流脉动大，因而振动和噪声较大。斜盘式压缩机没有连杆结构，主轴上的惯性力小，结构紧凑，体积小、重量轻。由于是多缸卧式布置，气流脉动较小，振动和噪声也较低，但输气系数、绝热效率较低。例如，在相同的工况下，日本丰田生产的往复H102型压缩机和斜盘式R62型压缩机，输气系数分别为82.15%和68.95%，绝热效率分别为91.143%和65.215%。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 至今汽车上广泛使用的是斜盘式压缩机和摆盘式压缩机，但最近各种旋转式压缩机越来越多地在
41、汽车空调上得到应用，且有取而代之之势。这是因为：其一，汽车工业对降低燃料消耗有了更严格的要求，因此对空调压缩机也提出了更高的性能标准；其二，铸造工艺和数控切削工艺的精密化使压缩机的形状复杂的关键部件之间的间隙小至几微米，加工精度达到了旋转式压缩机所要求的程度。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 旋转式压缩机与活塞式压缩机比较，有许多优点。如输气系数受冷凝温度影响小，在相同冷量情况下比活塞式的体积小，重量轻，平衡性好，排气脉冲小，运转平稳等。旋转式压缩机(包括旋叶式、滚动活塞式、螺杆式、涡旋式)在主轴上只有较小的不平衡质量，气缸内压力变化小，因而作用在旋转式压缩机上的力比作用在活塞式压缩机上的力要
42、小，振动也就小。螺杆式压缩机和涡旋式压缩机由于没有吸气阀和排气阀，气流平稳，且可走湿行程。旋叶式压缩机和螺杆式压缩机还可进行能量调节，所有这些优点使得它们很适合在汽车上安装。当然，各类旋转式压缩机的加工工艺复杂，精度要求高，但这在铸造工艺和数控切削工艺继续精密化情况下是可以达到的。在国外，这些设计制造技术促成了新压缩机的开发和设计改进工作的迅速发展。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 第二节第二节 热热 交交 换换 器器 汽车空调中的冷凝器和蒸发器统称为热交换器。热交换器的性能直接影响汽车空调的制冷性能。其金属材料消耗大，体积大，重量要占整个汽车空调装置重量的50%70%，它所占据的空间直接影响
43、汽车的有效容积，布置起来很困难，所以，使用高效热交换器是极为重要的。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-18 管片式冷凝器 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 一、冷凝器一、冷凝器 汽车空调冷凝器的作用是把压缩机排出的高温高压制冷剂气体的热量散发到车外空气中，从而使高温高压的制冷剂气体冷凝成较高温度的高压液体。汽车空调冷凝器有管片式、管带式及平行流式三种结构形式。1.管片式冷凝器管片式冷凝器 图3-18所示为管片式冷凝器的结构。它是汽车空调中常用的一种冷凝器，制造工艺简单，即用胀管法将铝翅片胀紧在紫铜管上，管的端部用U形弯头焊接起来即可。这种冷凝器清理焊接氧化皮较麻烦，而且其散热效率较低。第
44、三章 汽车空调制冷系统基本结构 2.管带式冷凝器管带式冷凝器 管带式冷凝器的结构如图3-19所示。它一般是将宽度为22 mm、32 mm、44 mm、48 mm的扁平管弯成蛇形管，在其中安置散热带(即三角形翅板带或其他类型板带)，然后进入真空加热炉，将管带间焊好。散热片是复合片，共三片，上下片材料为铝，并含有Si和Mg，中间一片也是铝片，并含有Mn。将复合片叠片，并与扁管一起预热保温在570，在650的真空条件下进行焊接，焊接后用铬酸作防氧化处理，并进行试漏。这种冷凝器的传热效率比管片式可提高15%20%。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1接头 2铝制内肋扁管 3波形翅片图3-19 管带式冷
45、凝器 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 3.平行流式冷凝器平行流式冷凝器 平行流式冷凝器也是一种管带式结构，图3-20所示为平行流式冷凝器的结构图。它由圆筒集管、铝制内肋扁管、波形散热翅片及联接管组成。它是为适应新工质R134a而研制的新结构冷凝器。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 1圆筒集管 2铝制内肋扁管 3波形散热翅片 4联接管 5接头图3-20 平行流式冷凝器结构 第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-21所示为平行流式冷凝器工作原理示意图。它与普通管带式冷凝器的最大区别是，管带式只有一条扁管自始至终地呈蛇形弯曲，制冷剂只是在这一条通道中流动而进行热交换。由于其流程长，管带式的管道压
46、力损失大。又由于进入冷凝器时制冷剂是气态，比容大，需要的通径大，出冷凝器时已完全变成液态，比容小，只需要较小的通径。而普通管带式结构的管径从头至尾是相同的，这对充分进行热交换是不利的。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 图3-21平面流式冷凝器工作原理示意图第三章 汽车空调制冷系统基本结构 管道内空间未被充分利用，而且增加了排气压力及压缩机功耗。平行流式冷凝器则是在两条集流管间用多条扁管相连，将几条扁管隔成一组，使其进入处管道多，并逐渐减少每组管道数，实现了冷凝器内制冷剂温度及流量分配均匀，提高了换热效率，降低了制冷剂在冷凝中的压力损耗，这样就可减少压缩机功耗。由于管道内换热面积得到充分利用，对
47、于同样的迎风面积，平行流式冷凝器的换热量得到了提高。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 根据汽车空调冷凝器的换热特点和制冷剂特性，要提高其性能不外乎从以下三个方面考虑：(1)增加换热面积，提高空气侧和制冷剂侧的换热量。由于发动机室的空间位置有限，不可能任意加大冷凝器体积，因此只能在有限的空间内进行改进，尽量向小型轻量化靠拢。(2)提高冷凝器内工质流体温度和流量分配的均匀度。温度的高低差异会导致工质的密度和粘性不同，从而造成流速不相同，影响了换热效率；扁管截面的各个通道孔流量分配不均，同样也会降低换热效率。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 (3)降低制冷剂在冷凝器中的压力损失，这样可以减少压缩机功
48、耗。要做到这一点，就要求降低冷凝器的通道阻力，所以在结构上必须设法增加通道截面积，提高单位时间内的制冷剂流量和流速。平行流式冷凝器正是为解决管片式、管带式冷凝器的上述难题而创新的结构。它的扁管是薄壁的型材，只有23 mm的厚度，宽度为1625 mm，壁厚只有0.5 mm左右，与普通管带式的扁管一样，为带内齿(翅)的多孔断面。扁管间的距离只有8 mm左右，扁管间所夹的翅片只有0.145 mm厚，同样也开有百叶窗。这些改进极大程度地提高了空气侧和制冷剂侧的换热面积。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 平行流式冷凝器利用两侧的圆筒形管进行制冷剂进与出的汇集，并用隔板按最合理的编排，将几条扁管隔为一组，
49、形成由多至少的回路，以便制冷剂在几条扁管组成的回路中流入集流管时，能够在直径为20 mm左右的管内再次混合，使高温与低温的工质，密度低与密度高的工质一次又一次地混合，产生出温度和密度较均匀的工质，并使其在流向下一回路时能均匀地分流，以便保持匀速地通过有内齿的扁管和有百叶窗的翅片导热，与空气更好地进行换热。这里面，特别是合理安排的隔板所构成的通路数在工质是气体状态时增加，而在液化时减少，形成了制冷剂冷凝的最佳通路，从而减少了内容积和制冷剂充注量。这样的结构安排同样也减少了制冷剂的流通路程，增大了单位时间流通截面积和流量，也加快了流速，因而能降低冷凝器通道的阻力。这种新结构与管带式相比较，其放热性
50、能提高30%40%，通路阻力降低25%33%，内容积减少20%，大幅度地提高了其放热性能。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 在安装冷凝器时，需注意如下两点：(1)连接冷凝器的管接头时，要注意哪里是进口，哪里是出口，顺序绝对不能接反，否则，会引起制冷系统压力升高，冷凝器胀裂的严重事故。(2)未装连接管接头之前，不要长时间打开管口的保护盖，以免潮气进入。第三章 汽车空调制冷系统基本结构 二、蒸发器二、蒸发器 蒸发器的作用是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾气化，吸收蒸发器表面空气的热量而使其降温，风机再将冷风吹到车室内，达到降温的目的。汽车车厢内的空间小，对空调器尺寸有很大的限制，为此要求
