目前正式应用在汽车空调上的压缩机不少于30种,按其运动形式和主要零件形状,压缩机分类如图2-2所示。
汽车空调制冷压缩机的结构、性能、特点及应用情况如下。
1)曲轴连杆式压缩机是使用时间最早、最长的第一代产品,目前仍然应用在家用制冷装置和空调器上。中型曲轴连杆式压缩机仍在公共汽车和旅游客车上大量应用。
2)摆盘式和斜盘式活塞压缩机是第二代产品。它的优点是没有连杆,主轴上惯性较小,结构紧凑。从1953年至今,汽车空调应用中仍以它为主。
3)径向活塞式压缩机虽然20世纪70年代便已问世,但它在应用过程中,遇到了回转式压缩机的竞争,所以这种压缩机至今没有得到应有的重视。
以上这几种压缩机均属于往复活塞式压缩机。往复活塞式压缩机共同的特点是活塞做往复运动。所以,运动惯性力大,转速的提高受到了限制。这样在相同体积下与其他制冷机比较,其制冷量小,振动大,容积效率较低。特别是惯性力对转速的限制,是它们可能被旋转式压缩机所取代的根本原因。
4)旋叶式、滚动活塞式、三角转子式和螺杆式压缩机可以称为第三代产品。它们的共同特点是容积系数较高,都需要大量的粘度较高的冷冻润滑油来润滑和密封,所以润滑系统较复杂。
图2-2 汽车空调压缩机分类
5)涡旋式压缩机为第四代。它的特点是基本具备了汽车对空调压缩机提出的要求和特性,是一种最有前途的压缩机。目前应用在轿车上的一些型号已全面地显示了它的优越性,但其在大型客车上的应用还有一段距离。
目前,大型汽车上的空调压缩机仍然采用曲轴连杆式。这是因为它可以按照需要的制冷量,配置多缸制冷压缩机,既便于生产,又便于维修。它的低速性能亦比其他压缩机好,所以特别适用于在大制冷量需求的汽车空调上采用。(www.xing528.com)
旋叶式压缩机的结构很理想,但它的旋叶片是滑移式的,所以磨损严重,寿命短,维修量大。另外由于转子旋转到气缸空间容积最大处时,叶片由于摩擦力和伸长量大,导致叶片振动,产生泄漏振纹以致折断。因此它的速度、排气压力受到限制,制冷量亦较低。所以还需进一步改进,才能得到广泛应用。
滚动活塞式压缩机具有很多优点。它完全克服了旋叶式的上述缺点,制造工艺亦较简单,滚动活塞式压缩机的最大缺点是:容积效率、制冷系数都会随着转速的增加而下降。这样压缩机在高速时,制冷效果不佳,能耗也增加。这点在汽车空调上显然不适合,对它进行改进很有必要。
三角转子压缩机由于有汪克尔式发动机几十年的研制经验,采用合理的密封结构,使气体的泄漏量大大减少,从而使它在低转速下仍有较高的制冷能力和容积效率。由于它允许采用较高的压缩比,所以制冷能力强,应该说这种压缩机在汽车空调上是有广阔前景的。但在高速运转情况下出现的系统润滑困难和磨损较大,以及相应的压缩机离合器的离合振动问题都还有待解决。
螺杆式压缩机的最大特点是工作可靠性最高,寿命最长。适合于应用在汽车空调上。但是在同样的制冷量情况下,它的重量最大,是绝热效率最低的压缩机。因为它依靠两个螺杆啮合的空间来吸气,由于啮合空间小,所以排气量亦小,单位重量的制冷量就小。螺杆式压缩机还需要大量润滑油来润滑和密封螺杆的啮合面,带走大量热量。所以绝热效率最低,能量利用率低,即制冷系数比较低。吸气压力变化引起的附加功耗以及低速性能差也是它的致命弱点。所以螺杆式压缩机目前主要应用在大型客车的独立式空调系统上。
涡旋式压缩机性能优良,工作可靠,体积小,重量轻,适合于各种档次的轿车上,但应用在大型客车上,还有许多技术难题有待解决。
为了保护地球的有限资源,减少环境污染,各国对汽车的每100km耗油量都做出严格的限制。加装空调后,汽车油耗增加7%~10%。因此,节能型汽车空调压缩机是今后的发展方向。很显然,在高速下调节压缩机的制冷输出量,降低发动机的能量消耗,保证汽车具有优良的动力性和车内的舒适性,以及降低油耗是当今各类型压缩机开发研制的方向。
变容量压缩机便是根据上述要求提出来的。它可以根据发动机的转速、车内的温度、自动地调节压缩机输出的制冷量,达到压缩机能量的输出与车内热负荷的完美匹配,从而进一步提高汽车的舒适性和降低汽车的燃油消耗。
各类型压缩机都可根据自身的结构特点,通过简单的方法,达到变容量调节。曲轴连杆式、斜盘式、滚动活塞式等压缩机的能量调节都是突变性的、分级的,这无疑不利于车内空调环境的稳定,对发动机的稳定工况亦有不利影响。节能效果也不太明显。
摆盘式、螺杆式、涡旋式三种压缩机,输出的能量控制是无级变化的。它能根据发动机的转速、车内温度,自动地调节压缩机的制冷量。压缩机的无级变化的能量控制节能效果十分显著,且能大大提高车内空调的舒适性,是车用制冷压缩机的发展方向。
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