汽车空调维修：回转式压缩机原理

回转式压缩机是一种工作容积能做回转运动的容积式压缩机。机体内气体的压缩是通过容积的变化来实现的。

回转式压缩机和往复活塞式压缩机都是依靠气缸容积的变化来达到压缩制冷剂的目的，但是回转式压缩机工作容积的变化不同于往复活塞式压缩机，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，完全不用进气阀片。排气阀片则可根据需要来设置。回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，高到80%～95%。

回转式压缩机的转子不存在往复运动带来的惯性力，所以平衡问题容易解决。这样，回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，由于回转式压缩机工作容积不断地变化，使得工作容积的密封面积较大，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，造成空调压缩机的换热性能不良，降低它的制冷能力。

由于回转式压缩机的特点，近十来年，它已广泛地应用在汽车空调上，正在逐步取代往复式压缩机。下面对其中的旋叶式压缩机和滚动活塞式压缩机进行介绍。

3.2.1 旋叶式压缩机

旋叶式压缩机又称刮片式压缩机，它是由旋叶式真空泵演变而来的。它是旋转式压缩机中应用在汽车空调上最早的一种。

1.工作原理

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、四片三种，如图2-15所示。

图2-15 圆形气缸的旋叶式压缩机剖视图

a）日本松下二叶压缩机 b）美国纽克四叶压缩机

1—排气孔 2—缸盖 3—叶片 4—转子 5—缸体 6—吸气孔 7—排气簧片 8—主轴 9—进油孔 10—单向阀

椭圆形气缸配置的叶片为四、五片两种，如图2-16所示。

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，这样使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间，而在椭圆形气缸中，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—几乎为零的循环变化；相应地制冷剂蒸气在这些空间内发生吸气—压缩—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，即有二次排气过程；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。

旧式设计中，将排气阀设计在接近接触线的位置，旋叶式压缩机几乎不存在余隙容积。

图2-16 椭圆形气缸的旋叶式压缩机

1—机壳 2—缸体 3—叶片（共四片） 4—转子 5—吸气腔 6—排气簧片 7—进油口 8—主轴

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，制冷能力强。

2.结构

图2-17是旋叶式压缩机的轴向剖视图。

从图中可知，它的主要零部件有缸体、转子、主轴、叶片、排气阀、后端板、带有离合器的前缸盖和主轴的油封总成。后端板和前缸盖上有两个滚动轴承支撑主轴转动。后端还有一个油气分离器。转子上开的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上下自由滑动。叶片之所以斜置槽中，目的是尽量减小叶片沿转子上的槽运动时的阻力，以改善叶片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的作用也能加强接触面密封的可靠性。

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，使制冷剂蒸气经分离后排出。油底壳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蒸气经压缩，再返回油气分离器。

3.变容量的旋叶式压缩机

图2-18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。

图2-17 旋叶式压缩机轴向剖视图

1—前板 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2-18 变容量旋叶式压缩机

1—转子 2—主轴 3—变容量槽 4—吸气孔 5—进气管 6—O形圈 7—排气阀 8—叶片 9—缸体

这种压缩机的工作原理如下：在气缸的进气口处，有一进气槽，当叶片刮过进气口时，进气过程本来应该结束，但由于气缸开有一吸气槽，在气流惯性的作用下，继续通过吸气槽进行充气，这样可以提高充气效率，又不影响下一气缸的进气过程。吸气槽和叶片构成一个缺口，通过吸气槽进入气缸的气体流量正比于缺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，叶片刮过吸气槽的时间长，充气量增大，制冷量大；高转速时，叶片刮过吸气槽的时间短，气缸充气量相对减少，制冷量减小，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。

4.旋叶式压缩机的特点

旋叶式压缩机有如下特点：

1）结构简单，零部件少，无进气阀，容积效率高。(www.xing528.com)

2）体积小，重量轻，重量只有制冷量等同的往复式压缩机的50%～70%。

3）能高速运转，且运转平稳，起动转矩小。

4）噪声小，压缩蒸气的温度低。

5）叶片的耐磨性差，端面密封性能较差，这影响了这种机型的推广应用。

3.2.2 滚动活塞式压缩机

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，广泛应用于汽车空调及其他空调和冰箱上。

1.工作原理

滚动活塞式压缩机工作原理如图2-19所示。

滚动活塞内部是中空的，并且和曲柄的配合有很大的间隙，在间隙里充满着润滑油。如图2-20所示，当曲轴旋转时，依靠摩擦力引起滚动活塞的转动，并在离心力作用下，使滚动活塞的内表面和曲柄外表面紧紧接触，造成滚动活塞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中心连线的延长线与气缸交点上，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）。这两种运动的合成，引起气缸两部分的空间容积的扩大、缩小的周期性变化。当进气腔的空间容积不断扩大时，制冷蒸气不断地从外面吸进，压缩机处于进气过程；而另一腔则容积不断缩小，蒸气不断压缩，处于压缩过程。当压力腔的蒸气压力略大于排气腔时，则排气阀打开，将压缩蒸气排出气缸外，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，两个缸便完成了两个工作循环。由于滚动活塞式压缩机的进气过程是连续的，所以不用设置排气阀，容积效率比较高。

图2-19 滚动活塞式压缩机工作原理

1—曲轴 2—气缸 3—滚动活塞 4—排气阀 5—进气口 6—刮片 7—弹簧 8—压缩腔 9—进气腔

图2-20 活塞滚动原理

1—曲轴 2—油膜 3—滚动活塞 4—刮片

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，所以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，磨损量亦很小，这样使得使用寿命延长。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广泛的应用。

2.结构

图2-21所示为日本三菱SA—430滚动活塞式压缩机的剖视图。主要零件为曲轴、转子、缸体、前后端盖和刮片。曲轴11由两端的滚动轴承9和14支承。平衡块8在曲轴尾端。弹簧12压迫刮片24紧贴滚动活塞28在缸体内滚动。不设吸气阀，排气阀采用圆柱形，圆柱形阀工艺性好，在气缸上安装和布置亦较方便。润滑油采用压差输油的方式。即冷凝的润滑油在气缸内润滑滚动活塞与气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，其中蒸气从排气口排除，润滑油留在机体底部。在排气高压作用下，通过吸油孔29油被送到主轴承、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。

图2-21 日本三菱SA—430滚动活塞式压缩机剖视图

a）侧向剖视图 b）正向剖视图

1—进气口 2—排气口 3—检修备用阀 4—安装架 5—后盖套 6—推力轴承 7—轴向止动螺栓 8—平衡块 9、14—滚动轴承 10—后缸盖 11—曲轴 12—刮片弹簧 13—前盖套 15—轴封总成 16—离合器带轮 17—O形圈 18—离合器压板 19、21—卡环 20—油封 22—离合器线圈 23—止推密封 24—刮片 25—气缸体 26—阀限位器 27—油分离阀 28—滚动活塞 29—吸油孔 30—前缸盖 31—排气阀

3.变容量滚动活塞式压缩机

图2-22所示为一双缸变容量滚动活塞式压缩机。

在该种压缩机上，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。为平衡曲轴方便，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，排气量可提高一倍，压缩机的体积也更紧凑。滚动活塞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：从排气口引一条管道到后缸的卸载阀，当电磁阀关闭时，卸载阀在右边，打开后缸的吸气口，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，让排气高压引入卸载阀，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。

图2-22 双缸变容量滚动活塞式压缩机

1—带轮 2—离合器板 3—油封 4—曲轴 5、12—吸气口 6—滚动活塞 7—前缸体 8—隔板 9—排气口 10—后缸体 11—外壳套 13—挡油板 14—电磁阀 15—连接管 16—后缸盖 17—卸载阀 18—卸载弹簧 19—前缸盖

4.滚动活塞式压缩机的特点

滚动活塞式压缩机的优点如下：

1）容积效率高。

2）摩擦阻力小，制冷系数高，寿命长。

3）结构紧凑，零件少，重量轻，体积小。

其缺点是制造精度要求高，特别是转子、缸体内径和曲柄的配合要求非常高，生产中须采用专用夹具。