汽车空调压缩机的故障诊断与分析

汽车空调压缩机的故障诊断与分析-1-汽车空调压缩机的故障诊断与分析摘要作为汽车空调装置的核心压缩机技术的发展一直备受世界各国汽车制造商所关注，压缩机的分类很多，第一代压缩机一曲柄连杆式结构压缩机已在小排量压缩机中所消失，现在只存在于大客车空调装置中，而且，还有待被大排量十缸斜盘式压缩机（排量超过300厘米3／转）取代的趋势。但汽车空调压缩机的故障还是在不段的出现，因此对汽车空调压缩机的结构、工作原理、性能就要有更近一步的研究，对其故障的分析诊断和研究也是必不可少的。关键词:压缩机，汽车空调，故障诊断，故障分析1.汽车空调压缩机的概述汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要手段已被广大汽车制造工作者及用户所认可。汽车空调装置已成为汽车中具有举足轻重的功能部件，它象征着汽车的档次水平。因此，汽车空调在汽车上的装置率得到迅猛发展。目前，国产轿车空调装置率已接近100％，从汽车空调整体设计上看，全自动空调装置在中高档轿车上会得到迅速的发展，汽车空调部件方面，六缸和七缸斜盘无级可变排量压缩机仍然是压缩机的主导产品，特别是外控式无级可变排量斜盘压缩机，由于没有电磁离合器使压缩机整体重量大大降低，定会受到汽车制造商的青睐。涡旋式压缩机在汽车上的采用会有增加趋势，旋叶式压缩机将占据着微型车市场，平行流冷凝器和层叠式蒸发器其技术日趋成熟，在汽车空调装置中会成为主导产品。2.汽车空调压缩机的功能和分类2.1汽车空调压缩机的功能空调压缩机的功能是借助外力（例如发动机动力）维持制冷剂在制冷系统内的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸气，压缩制冷剂蒸气使其温度和压力升高，并将制冷剂蒸气送往冷凝器，在热量吸收和释放的过程中，就实现了热交换。2.2汽车空调压缩机的分类2.2.1根据工作原理的不同，汽车空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。定排量压缩机汽车空调压缩机的故障诊断与分析-2-定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出，而且对发动机油耗的影响比较大。变排量空调压缩机变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号，而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。2.2.2根据工作方式的不同，汽车空调压缩机一般可以分为往复式和旋转式常见的往复式压缩机有曲轴连杆式和轴向活塞式，常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式。3.汽车空调压缩机的结构组成和特点3.1曲轴连杆式压缩机的结构组成和特点曲轴连杆式压缩机（图3-1）这种压缩机的工作过程可以分为4个，即压缩、排气、膨胀、吸气。曲轴旋转时，通过连杆带动活塞往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发生周期性变化，从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用。图3-1曲轴连杆式压缩机汽车空调压缩机的故障诊断与分析-3-曲轴连杆式压缩机是第1代压缩机，它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工工艺要求较低，造价比较低。适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。但是曲轴连杆式压缩机也有一些明显的缺点，例如无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化。排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。由于曲轴连杆式压缩机的上述特点，已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式，曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。3.2轴向活塞压缩机的结构组成和特点轴向活塞压缩机（图3-2）轴向活塞式压缩机可以称为第2代压缩机，常见的有摇板式或斜板式压缩机，这是汽车空调压缩机中的主流产品。图3-2斜板式压缩机斜板式压缩机的主要部件是主轴和斜板。各气缸以压缩机主轴为中心圆周布置，活塞运动方向与压缩机的主轴平行。大多数斜板式压缩机的活塞被制成双头活塞，例如轴向6缸压缩机，则3缸在压缩机前部，另外3缸在压缩机后部。双头活塞在相对的气缸中一前一后的滑动，一端活塞在前缸中压缩制冷剂蒸气时，另一端活塞就在后缸中吸入制冷剂蒸气。各缸均配有高低压气阀，另有一根高压管，用于连接前后高压腔。斜板与压缩机主轴固定在一起，斜板的边缘装合在活塞中部的槽中，活塞槽与斜板边缘通过钢球轴承支承。当主轴旋转时，斜板也随着旋转，斜板边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜板转动一周，前后2个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环，相当于2个气缸工作。如果是轴向6缸压缩机，缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞，当主轴旋转一周，相当于6个气缸的作用。汽车空调压缩机的故障诊断与分析-4-斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化，而且可以实现高转速工作。它的结构紧凑，效率高，性能可靠，在实现了可变排量控制之后，目前广泛应用于汽车空调。3.3旋转叶片式压缩机的结构组成和特点旋转叶片式压缩机（图3-3）旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形2种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。图3-3旋转叶片式压缩机转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积不断发生变化，制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。如果有2个叶片，则主轴旋转一周有2次排气过程。叶片越多，压缩机的排气波动就越小。作为第3代压缩机，由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高，制造成本较高。3.4涡旋式压缩机的结构组成和特点涡旋式压缩机（图3-4）这种压缩机可以称为第４代压缩机。涡旋压缩机结构主要分为动静式和双公转式2种。目前动静式应用最为普遍，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成，动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差180°，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动，即无自转，只有公转。汽车空调压缩机的故障诊断与分析-5-图3-4涡旋式压缩机涡旋式压缩机具有很多优点。例如压缩机体积小、重量轻，驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。因为没有了吸气阀和排气阀，涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高。涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等优点，在小型制冷领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。4.汽车空调压缩机的工作原理4.1定排量空调压缩机的工作原理它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号，当温度达到设定的温度，空调压缩机电磁离合器松开，压缩机停止工作。当温度升高后，电磁离合器结合，空调压缩机开始工作。定排量空调压缩机也受空调压缩机系统压力的控制，当管路内压力过高时，空调压缩机停止工作。4.2变排量空调压缩机的工作原理在制冷的全过程中，空调压缩机始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在空调压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时，压力调节阀缩短空调压缩机内活塞行程以减小压缩比，这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度，低压端压力上升到一定程度时，压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。常见的往复式空调压缩机有曲轴连杆式空调压缩机和轴向活塞式空调压缩机，常见的旋转式空调压缩机有旋转叶片式空调压缩机和涡旋式空调压缩机。汽车空调压缩机的故障诊断与分析-6-（1）曲轴连杆式压缩机的工作原理这种空调压缩机的工作过程可以分为4个，即压缩、排气、膨胀、吸气。曲轴旋转时，通过连杆带动活塞往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发生周期性变化，从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用。曲轴连杆式空调压缩机是第1代空调压缩机，它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工工艺要求较低，造价比较低。适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。但是曲轴连杆式空调压缩机也有一些明显的缺点，例如无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化。排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。由于曲轴连杆式空调压缩机的上述特点，已经很少有小排量空调压缩机采用这种结构形式，曲轴连杆式空调压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调压缩机系统中。（2）轴向活塞压缩机的工作原理轴向活塞式空调压缩机可以称为第2代空调压缩机，常见的有摇板式空调压缩机或斜板式空调压缩机，这也是汽车空调压缩机中的主流产品。摇板式空调压缩机：当摇板角度改变时，带动活塞作往复运动，将制冷剂蒸汽吸入到吸气端，开始压缩，将高压蒸气输送到冷凝器。斜板式空调压缩机：斜板式空调压缩机的主要部件是主轴和斜板。各气缸以空调压缩机主轴为中心圆周布置，活塞运动方向与空调压缩机的主轴平行。大多数斜板式空调压缩机的活塞被制成双头活塞，例如轴向6缸空调压缩机，则3缸在空调压缩机前部，另外3缸在空调压缩机后部。双头活塞在相对的气缸中一前一后的滑动，一端活塞在前缸中压缩制冷剂蒸气时，另一端活塞就在后缸中吸入制冷剂蒸气。各缸均配有高低压气阀，另有一根高压管，用于连接前后高压腔。斜板与空调压缩机主轴固定在一起，斜板的边缘装合在活塞中部的槽中，活塞槽与斜板边缘通过钢球轴承支承。当主轴旋转时，斜板也随着旋转，斜板边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜板转动一周，前后2个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环，相当于2个气缸工作。如果是轴向6缸空调压缩机，缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞，当主轴旋转一周，相当于6个气缸的作用。汽车空调压缩机的故障诊断与分析-7-斜板式空调压缩机比较容易实现小型化和轻量化，而且可以实现高转速工作。它的结构紧凑，效率高，性能可靠，在实现了可变排量控制之后，目前广泛应用于汽车空调压缩机。（3）旋转叶片式压缩机的工作原理旋转叶片式空调压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形2种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。旋转叶片式空调压缩机转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一周时，这些空间的容积不断发生变化，制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式空调压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。如果有2个叶片，则主轴旋转一周有2次排气过程。叶片越多，空调压缩机压气越多。（4）涡旋式压缩机的工作原理涡旋压缩机式采用了一个独特的设计，使用两个涡盘，一个定子，一个动子，两者内部有轮叶，能够进行沿轨道或无完整旋转的振摆运动。动子通过一个同心轴承与输入轴相连。当动子在定子中进行振摆时，在两者之间形成数个小穴。当这些小穴体积收缩时，制冷剂就被压缩以至压力升高，然后通过排气孔弹簧阀门从压缩机后端排出。5.汽车空调压缩机的性能要求汽车运行的动态特征与多变的外界环境对汽车空调压缩机的性能和结构提出了一些特殊要求，表现在：（1）要有良好的低速性能，要求压缩机在汽车发动机低速和空载时有较大的制冷能力和较高的效率。（2）汽车高速行驶时输入功率低，这样不仅节省油耗，而且能降低发动机用于空调方面的功率消耗，提高汽车自身的动力性能。（3）压缩机要小型轻量化，这样可以节省汽车空间，安装位置方便，且节省材料和燃料的消耗。（4）要能经受恶劣运行条件的考验，有高度的可靠性和耐久性。在怠速时，汽车发动机舱内温度有时高达80℃冷凝压力高，就要求压缩机能承受高温及高压和有限的过载。汽车行驶在道路上总有颠簸振动，这也要求压缩机有良好的抗震性能，并把制冷剂的泄漏减小到最低程度。汽车空调压缩机的故障诊断与分析-8-（5）对汽车不要产生不利的影响。要求压缩机运转平稳，振动小，噪音低，启停对发动机转速的影响小，启动力矩小。6.汽车空调压缩机的故障与诊断空调压缩机作为高速