汽车变排量空调压缩机工作原理doc文档格式.docx
《汽车变排量空调压缩机工作原理doc文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车变排量空调压缩机工作原理doc文档格式.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
S系列双刮片变排量压缩机
变排量空调在奥迪、波罗、大宇、标志、别克、中华、奥拓等
轿车上得到了广泛的应用，如表2所示。
与传统的定量空调相比，变排量空调有如下的优点：
①排气压力和工作转矩的波动减小，避免了对发动机的冲击；
②保持了温度的稳定性；
③保持了蒸发器低压的稳定性，而且蒸发器不会结霜；
④$提高了压缩机的使用寿命;
⑤减少了功率消耗。
表2变排量压缩机在汽车上的应用
应用车型
别克君威、红旗、金杯、中华、别克、赛欧、海南马自达
广州本田雅阁、柳州五菱
LZW6370A
十缸双向斜盘变排量压缩机
10PA17VC
北京吉普BJ2021、BJ2022
七缸单向斜盘变排量压缩机
7H15
柳州汽车风行、上海奇瑞
七缸摇盘无级可变排量压缩
机SD7V16
四川奥拓
S系列双刮片变排量压缩机
一汽大众奥迪A6
七缸双面滑履变排量压缩机
7SB16
捷达、宝来
神龙富康
POLO
压缩机6PE12
日产阳光
V-6可变排量压缩机
1、V5变排量压缩机
V5变排量压缩机由一个可变角度的摇板和5个轴向定位的气缸组成，其外形如图1所示，控制阀结构如图2所示。
压缩机容积控制中心是一个波纹管式操纵控制阀，装在压缩机的后端，可检测压缩机吸气腔的压力，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，排量的改变是依靠摇板箱压力的改变来实现。
摇板箱压力降低，作用在活塞上的反作用力就使摇板倾斜一定角度，这就增加了活塞行程（即增加了压缩
机排量）；
反之，摇板箱压力增加，就增加了作用在活塞背面的作用力，使摇板往回移动，减少了倾角，即减小了活塞行程（也就
减少了压缩机排量）排气压力影响控制阀的控制点的变化，排气
压力升高，控制点降低。
当空调容量要求大时，吸气压力将高于控制点，控制阀的锥阀打开并保持从摇板箱吸入气体至吸气腔&
如果
没有摇板箱一一吸气腔间压力差，压缩机将有最大的容积。
通常
压缩机的排气压力比曲轴箱的压力大得多，曲轴压力高于或等于
图I"
交轉量1怡缔机外杉图
压缩机的吸气压力。
在最大排量时，摇板箱的压力才等于吸气压力，在其它情况下，摇板箱的压力大于吸气压力。
圏2V5奎和■圧鳞机及控制典结构闻
当空调容量要求小时，吸气压力达到控制点，控制阀打开球阀将排气腔的气体引至摇板箱，并通过锥阀关闭从摇板箱到吸气腔的强制通风的通道。
摇板的角度由5个活塞的平衡力来控制，摇板箱一一吸气管间压力差的微小提高将会产生一个力，引起摇板轴销的运动，从而
减小摇板的角度，压力差越大摇板的角度越小，排量越小。
V5变排量压缩机根据空调系统蒸发器压力的变化改变空调系统的制冷量，改变了传统压缩机通过离合器启闭的调节方式，实现了系统平稳连续运行，避免了对发动机的冲击。
该空调系统仍保留了电磁离合器，但该离合器的作用与传统压缩机有本质的不同。
离合器在如下情况起作用：
①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；
②车辆在超速档运行时，离合器脱离可以使压缩机停止运转。
2、10PA17VC斜盘式两级变排量压缩机
图3为10PA17V斜盘式两级变排量压缩机的剖面图。
利用固定在主轴上的斜盘，把主轴旋转运动转变为5个活塞的往复运动，从而压缩制冷剂。
该压缩机为双向作用式，即利用5个活塞进行10个气缸的运动。
这种变排量压缩机是以100%非量或50%非量进行运转的。
酝耳式越綢吏it量區绪颉稱1冋阳
图4所示是10PA17V斜盘式两级变排量压缩机100%非量运转时的状态。
当电磁线圈不通电时，阀关闭低压侧，打开高压旁通路，
把高压气体引入柱塞背部。
当柱塞作用力大于弹力，高压出气阀顶住平板，各气缸进行压缩行程。
在止回阀的作用下，在后侧产生高压气体，与前侧的高压气体一起被送入冷凝器。
序序制拽制』!
“卜册斯/单曲阀
脅雷冋幣
■VHI出冋
'
L
匚
nibN
鑫幢棉盘琵飯制冷刑岡盘
*¥
?
>
»
敢同禹
圈4ll）PA17\rl：
iflft式抽哎变拆细机M时4F*量运转时的伏总
H1
77TP
//和.
低压制拎剤xa
图5JO*Ai7V4宰盘式曲锻曼捕童出舞堪驹卜橹■证转时的伏患
图5所示是10PA17V斜盘式两级变排量压缩机50%非量运转时的状态。
当电磁线圈通电时，阀被吸开，低压侧打开，高压旁通管路被关闭，在柱塞背面不承受高压气体压力，所以柱塞顶住弹簧，高压出气阀与阀板脱离，这时，后侧气缸的各出气孔总是处在打开状态。
所以，后侧5个气缸的压缩行程不能进行，止回阀由于与前侧压力差的关系而下降，关闭后侧排气通路，防止高压气体回流。
这样后侧成为低压，只有前侧进行50%#排量运转。
10PA17V斜盘式两级变排量压缩机排量的变换如图6所示。
利
用蒸发器温度传感器判断制冷的负荷状态，进行电磁线圈的控制。
在ECO工况时通常进行50%非量运转，同时，发动机冷却系在高温时也以50%排量运转#从而减轻发动机负荷。
阐&
IUPAI7V<
TMft式两堀喪抻■压编机涉■的变换图7歼部捋制阀
3、外部控制式变排量压缩机
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0C），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’送风风向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，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，从而达到节能的目的。
外部控制阀见图7。
画神7帰HUB压皤机第构示意伍
外部调节的变排量压缩机主要有电装公司的7SEU167SBU16
（图8）和6SEU12其工作原理与内部调节的变排量压缩机相似，不同之处在于控制阀有一个电磁单元，操纵和显示单元从蒸发器出
风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节，控制阀由机械元件和电磁单元组成，机械元件按低压侧的压力关系，借助位于控制阀低压区的压力敏感元件来影响调节。
电磁单元由操纵和显示单元通过500Hz的通断频率进行控制，在无电流的状态下，阀门开启，高压腔和压缩机斜盘箱相通，高压腔的压力和斜盘箱的压力达到平衡，全负荷时，阀门关闭，斜盘箱和高压腔之间的通道被隔断，斜盘箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至达到100%勺排量；
关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，斜盘箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度减小直至低于
2%勺排量。
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#使得高压腔和斜盘箱进一步被隔离，从而使压缩机达到100%#勺排量；
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斜盘箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。
外部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的弹性，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，起到了过载保护的作用。
外部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，消除了转矩波动
并同时起到过载保护的作用。
4、S系列双刮片式变排量压缩机
刮片式压缩机又称旋叶式压缩机，结构紧凑、外形尺寸小、质量轻是它的最大特点，特别适宜小型汽车使用。
例如四川奥拓轿车就米用刮片式压缩机。
松下电器公司研制的S系列双刮片式节能压缩机，可根据转速高低自动调节制冷量，保证低速时有一定的制冷能力，高速时功耗
保持一定，甚至减少，图9为双刮片式压缩机工作原理示意图
开妁通过缺口aisttomT
S4取剖片武fk事机｛町變ft■丨T.ltjfcs
实现排量调节的原理是在气缸吸入口处有一缺口，靠这部分的
节流起到节省动力和达到良好制冷效果。
这部分流量正比于缺口断
面积与流入时间的乘积（流量=缺口断面积X时间）。
高转速时刮片通过缺口的时间短，制冷剂流入量相对减少，吸入行程终了时，气缸内的气体量少，压力降低，制冷量的消耗功就少，为此还带来另一好处，高速时车内温度不会过低，压缩机的停转次数少，车内温度就比较稳定，这种变排量方法属于旁通控制。
这种结构比一般刮片式体积缩小了30%质量减少了20%与往复式相比，在1500r/min时制冷量增大20%
二、电控可变排量空调压缩机制冷功能的判断：
着汽车技术的发展，汽车空调制冷压缩机已经由最初纯机械压缩机外部控制，发展到机械可变排量内部控制，再到目前的电控可变排量压缩机技术。
电控可变排量压缩机适应性更广，只要更改控制程序便可适应多种车型，并可实现排量从无到有的无级调节，更加节油且无冲击。
目前该项技术在国内车型上应用得越来越多，不少维修技术人员一旦遇到装有电控可变排量压缩机的车型，往往束
7b5
1權胶團崔沁件工理成过萤憚护的胶带轮工往覆运动活嘉2憫节f^Niso9线貞牯头氐料盘工玉枣
「进气压力2瀛压3感铀箱压力&
空调压缩机调节阀5.压缩室氐空心活舉7.斜盘&
駆动紬见曲轴箱10.回位弹黃
低玉高压■
手无策。
下面针对电控可变排量压缩机的原理以及故障排除方式进行简单介绍。
工作原理图1
电控可变排量压缩机结构（图1）和工作原理与机械变排量压缩机都是相似的，不同之处在于电控可变排量压缩机的调节阀具有一电磁单元，操纵和显示单元从蒸发器出风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节，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（图2），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%勺
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。
维修人员在遇到装配电控可变排量压缩机的空调系统制冷不足故障时，采用分析数据流方法判断，能够起到事半功倍的效果。
案例1
故障现象：
一辆2007年产速腾1.6L轿车，客户抱怨车辆在天热的时候空调不够凉，有时起动十几分钟后仍无冷风吹出。
蛆号-区号
001-1
0CI-4
0（0-1
012-4
数据项
压缩机
蔡统压
裁笈器
压缩机斯需
电愉丛
力皿
扭矩丿（N"
m.）
示値
0,8
120
12
2-3
表1
检查分析：
用故障诊断仪检测所有系统都无故障记忆。
读取数据流，选择08（空调）-08（数据流），检测相关数据如
（表1）所示。
根据检测的数据可以看出，蒸发器温度偏高并且压缩机
所需扭矩偏低。
压缩机正常工作电流在0.8A左右，并且随
着室内温度逐渐下降，空调控制单元会逐渐减小压缩机电流降低输出功率。
此时蒸发器温度为12C,而压缩机电流已
调节到最大值，此时可分析出，空调控制单元判断制冷功率不足（蒸发器温度过高），因此以大功率输出制冷。
但压缩机所需扭矩为2〜3N•m,比标准值低。
也就是说，空调控制单元希望压缩机100%满负荷工作，但压缩机实际只需50%扭
矩就能达到满负荷工作要求。
由此可以判断，压缩机电磁阀N280或压缩机内活塞等机构故障，导致输出功率不足而空调不够凉。
故障排除：
由于无单独的N280供货，所以尝试更换压缩
机总成，空调制冷效果非常好。
用故障诊断仪读取数据流，测得数据如（表2）所示。
组号-区号
001^1
01D—
压SB机
叢发器
压縮机所畫
温度戊
扭矩川N-m）
示值
0.8
150
3
6-7
表2
对比维修前后数据可以发现，压缩机工作电流基本一样，
但压缩机扭矩提升了2〜3倍，而蒸发器温度降低至3C,
系统压力提升了30kPa。
至此故障排除。
案例2
一辆2007年产速腾1.8T轿车，车辆行驶中开空调，约1h后出风口不出风，关闭空调十几分钟后又可恢复。
用故障诊断仪检测，所有系统都无故障记忆。
起动发动机，打开空调，用故障诊断仪读取数据流，选择08（空
调）-08（数据流），检测相关数据如（表3）所示
001-4
010-1
电流/A
系城压力皿
蒸发器
温度也
压堀机所霸扭矩/（Np）
140
10
表3
观察数据流，除蒸发器温度稍有偏高外，其他正常。
由于此车刚起动没多久，也应属正常。
由于客户描述开空调时间较长后便无风，关闭一会就恢复正常，由此怀疑是鼓风机过热自动保护造成的。
试车1个多小时过后果真出风量变小，
但此时根据鼓风机的声音可以判断，此鼓风机工作正常，有
可能是存在冰堵。
再次读取数据流，发现其他数据无异常，只是蒸发器温度仍在10C左右，而车辆正常时蒸发器的工作温度都在5C左右。
蒸发器或出风口温度高，空调控制单元会增加制冷功率来降低温度。
考虑到前面所分析的系统可能发生冰堵现象，怀疑故障可能是蒸发器温度传感器失效造成的。
由于蒸发器温度传感器始终提供蒸发器温度偏高的信号，空调系统控制单元识别到后认为制冷功率过小所致，所以加大了制冷功率，从而导致长时间行驶中蒸发器结冰不出冷风。
更换蒸发器温度传感器后试车，空调系统恢复正常。
用故障诊断仪测试空调系统数据流，数据流显示正
常，故障排除。
三、变排量压缩机汽车空调系统特性
变排量压缩机汽车空调系统运行在变排量特性范围内具有运行平衡、车室内热舒适性好、节能等优点。
本文通过改变压缩机转速、排气压力和空调负荷，对变排量压缩机的汽车空调系统的特性进行了试验，试验表明该系统具有定排量和变排量的双重特性，且作为该双重特性分界的临界状态，与空调负荷、压缩机转速及排气压力等有关。
根据试验结果，在优化设计中，额定负荷下，排气压
力在14bar左右时，临界压缩机转速应选在1800〜2500r/min范围内。
改变冷凝器风量实现排气压力变化，当变化到压缩机活塞行程的改变时，存在着相当大的时间滞后，这主要是冷凝器有较大的热惯性而致。
1试验系统
变排量压缩机汽车空调系统性能试验系统见图1。
该试验系统
建立在室内侧和室外侧两个环境小室中。
压缩机和冷凝器放置在室
n
TbiPci
Xn
\fr
外侧环境室内，蒸发器和热力膨胀阀放置在室内侧环境室内，这两个环境室的空气状态可调节控制，空气参数满足实验要求。
图1试验系统示意图
1-压缩机；
2-变频电机；
3-行程测量装置；
4-孔板流量计；
5-冷凝器；
6-冷凝风扇；
7-储液器；
8-热力膨胀阀；
9-蒸发器风扇；
11-排气调节阀；
12-质量流量计；
13-过冷却器
试验系统可以控制压缩机转速、压缩机排气压力和空调负荷。
压缩机由变频电机拖动，调节电机供电输入频率改变压缩机转速。
冷凝器风扇也由一变频电机驱动，这样压缩机的排气压力可以通过调节流经冷凝器的风量来调节；
空调负荷可以通过改变蒸发器进风干湿球温度（由室内侧环境室来保证）和流经蒸发器风量（由四档风扇来控制）来调节。
制冷系统由变排量压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及蒸发器组成，该变排量压缩机为五缸摇板式无级变排量压缩机，其排量可在10〜
156cc/r/min之间变化。
该压缩机是根据吸气平流式冷凝器，蒸发器芯体为管片式，热力膨胀阀为H型阀。
该试验系统测量参数：
压缩机转速Nc、活赛行程sp、制冷剂质
量流量Mr、制冷剂压力和温度及蒸发器、冷凝器进出口空气干湿球温度和风量。
全部传感器产生的电信号传送给数字巡检仪HP34970A通过机进行数据采集和处理，采样周围为1〜5s（根据
需要和可能确定采样周期）。
2系统特性试验结果与
在上述的试验系统中，采用改变压缩机转速、排气压力和空调负荷等对变排量压缩机汽车空调系统进行了试验研究。
2．1恒定负荷，改变压缩机转速的特性
图2给出在恒定负荷时压缩机转速从1050r/min逐步递升至3900r/min，又递降至1200r/min时，16组试验数据反映了空调系统的特性。
空调负荷恒定情况下，变排量压缩机在可变活塞行程范围内，随压缩机转速增加，压缩机行程减小，制冷剂流量在一个很小范围内波动，可以认为是系统制冷剂循环流量稳定；
因而吸气压力Ps和蒸发器出口压力pe。
都恒定不变，蒸发器出口空气温度Teao也保持不变。
其次，排气压力Pd也比较稳定，而排气温度随压缩机转速提高而升高。
转速由1050r/min上升到3900r/min，温度由73.5C上升到91.4C,压缩机转速的变化，排气温度变化并不激烈。
如果试验完全模拟非独立式汽车空调系统，则会是车速增高，冷凝器迎面风速增大，而冷凝器换热性能增强，排气压力降低，预计排气温度的升高更加缓慢或没有升高。
上述调节特性，充分体现了变排量压缩机汽车空调系统的优点，压缩机运行平稳连续，送风温度波动小，提高了车室内的热舒适性。
下的经验公式：
c「NC、2「Nc、
Sp=0.0121〔而〕—0.8602〔莎〕+38.688
这进一步说明变排量压缩机在空调负荷恒定的情况下，排气压力维持在某一压力值时，压缩机的活塞行程只是压缩机转速的函数，就变排量压缩机而言，在一定的空调负荷下，压缩机转速升高，压缩机行程减小，APws（摇板箱压力Pw与吸气压力Ps之差）逐渐增加，说明压缩机活塞行程变小的作用力要小。
变排量压缩机空调系统中吸气压力相对恒定的特点显示了压缩机行程越向小变，摇板
箱压力巳升高得越高，APws越大。
而压缩机行程向增大方向移动时是吸气压力升高，APws变小的结果。
从试验数据我们可以看出，变排量压缩机的活塞行程变化无论是增加还是减小，在压缩机转速为
2000〜2500r/min范围内所需要的APws都是较小的。
2.2突变压缩机转速
图3给出恒定负荷时，压缩机转速突变时，从2000r/min升至2200r/min与2200r/min升至2550r/min得两组变化的特性。
A组，压缩机转速从12000r/min升至2200r/min,Pd由13.8bar升到14.0bar,Pw由2.05bar升至2.45bar，而Ps由1.72bar下降到1.55bar，而，APws由0.33bar升至0.9bar制冷剂流量由
129kg/h升至134kg/h,而压缩机的活塞行程sp产生了几个向下的尖波，但数值未发生变化，系统进入临界状态，压缩机的制冷剂循环量增加是压缩机转速增加的结果。
B组，转速由2200r/min上升
特性。
22
16
碗回HE
口so…
zf¥
甲
ft
」d亠•-
z
:
4
TOP■・■1
A亠一Hml*,
32950
535J6
牌連曲2200升
JJOir/flimHiflij23QQ转連山24如片一_」\211lOr/min2nmm
5JB28
至2300r/min，制冷剂流量Mr、Pd、Pw、PS>
APws都未发生显著变化，压缩机活塞选种由30.6mm下降到30.2mm,压缩机活塞行程在变排量范围内，压缩机转速升高引起压缩机活塞行程变化时，总是Pw有一个向上的尖波，Ps有一个向下的尖波，制冷剂流量和活塞行程的改变是先上升后下降的过程。
另外两组试验显示出相同的系统
图3突变压缩机转速
从图3的几组实验，我们看到变排量压缩机汽车空调系统具有定排量压缩机与变排量压缩机的双重特性。
A组虽然处于临界状态，
但其特性仍是定排量压缩机的特性，转速升高，R压力上升，Ps压
力下降，Mr制冷剂质量流量增加。
B组进入变排量压缩机调节范围内，制冷剂流量Mr、R、巳、Ps
升级会员 