3 汽車空調制冷壓縮機結構原理

3.1 活塞式壓縮機結構原理

活塞式壓縮機是目前應用最廣泛的壓縮機，約占整個汽車空調壓縮機市場的80%。其中曲軸連桿式壓縮機基本用于大型公共汽車和旅游客車。斜盤式或擺盤式壓縮機則絕大部分應用于轎車和中小型客車。

3.1.1 曲軸連桿式壓縮機

1.工作原理

曲軸連桿式壓縮機對制冷劑蒸氣的壓縮，是通過活塞在氣缸內往復運動來完成的（圖2-3）。它的動力是通過帶輪從發動機輸入的。壓縮機的工作過程由壓縮、排氣、膨脹，進氣等四個過程組成。

圖2-3 曲軸連桿式壓縮機工作原理

a）進氣過程 b）排氣過程

1—排氣閥片 2—閥板 3—進氣閥片 4—活塞 5—氣缸 6—曲軸連桿

1）壓縮過程：進氣過程結束后，活塞在曲軸連桿的帶動下，開始向上運動。此時進氣閥片和排氣閥片都關閉。隨著氣缸容積不斷減小，蒸氣壓力不斷升高，溫度也不斷增加，當氣缸內壓力略超過排氣閥片的彈性力時，它便打開，開始排氣過程。

2）排氣過程：排氣閥打開后，被壓縮的氣體不斷排出，雖然活塞仍不斷向上運動，但氣缸內的蒸氣壓力已不再升高。直到曲軸連桿活塞運動到上止點為止，排氣過程結束。

3）膨脹過程：由于進氣閥結構和制造安裝工藝等原因，在壓縮機活塞的頂部和閥板間存在一間隙，該容積稱為余隙容積。由于它的存在，排氣過程結束時，仍然有一定數量的高壓蒸氣殘留在余隙里。當活塞開始從上止點下移時，余隙內的高壓蒸氣首先膨脹，排氣閥片在排氣腔內壓力作用下關閉。活塞繼續下行，余隙內蒸氣不斷膨脹，直至壓力略低于進氣腔內壓力時，進氣閥片打開，開始進氣。

4）進氣過程：當余隙容積內的剩余氣體膨脹，壓力略低于進氣腔內壓力時，進氣閥片打開，蒸氣被吸入氣缸內，隨著活塞的下移，氣缸容積不斷擴大，低壓蒸氣不斷被吸入。由于進氣慣性和閥片彈性的惰性，活塞下移到下止點并往上移動的一段時間后，進氣閥片方關閉，停止進氣。這樣壓縮機便進入下一個循環。壓縮機便是這樣周而復始地重復著上述循環過程，把低壓制冷劑蒸氣變成高壓蒸氣。

2.布置和結構

圖2-4 氣缸的布置形式

a）直列式 b）V型 c）W型 d）S型

圖2-5 雙缸曲軸連桿式壓縮機零件分解圖

1、12—螺栓 2—密封盤擋板 3—護圈 4—密封盤 5—O形密封圈 6—密封炭環 7—炭環密封圈 8—半圓鍵 9—進氣孔 10—排氣閥片 11—缸蓋螺栓 13—進氣口濾網 14—保護蓋（裝運和儲藏時使用） 15—堵塞 16—氣缸蓋 17—缸蓋墊 18—閥板總成 19—閥板墊片 20—銘牌 21—曲軸箱 22—墊圈 23—加油塞

曲軸連桿式壓縮機按氣缸的布置形式可分為圖2-4所示的直列式，V型、W型和S型。它們的共同特點是氣缸軸線垂直于曲軸。雙缸壓縮機以直列式最為常見。V型壓縮機的兩列氣缸中心與曲軸垂直，其結構比直列式緊湊，剛度大，軸向尺寸小。W型六缸壓縮機的軸線是在與曲軸垂直的截面上氣缸布置成W形。它在一個連桿頭上連接三個連桿，三個氣缸軸線為60°相交。這類壓縮機以雙列并排六缸布置最合理，平衡性好，運轉平穩，中型制冷壓縮機多采用該種布置形式。還有一種壓縮機呈扇形結構，一個截面有四個氣缸，因像字母S的形狀，所以又稱S型布置。它的氣缸軸線彼此呈45°角相交。這種壓縮機一般用于大型制冷機，汽車空調上用得不多。

圖2-5是雙缸曲軸連桿式壓縮機的零件分解圖，主要零件有連桿、曲軸、活塞、缸體。缸蓋、曲軸箱，進、排氣機構中有閥板、閥片。閥板上開有進排氣孔，氣缸蓋和缸墊將進氣、排氣腔分隔為兩部分。其中進氣閥片控制著進氣孔，排氣閥片控制著排氣孔。進、排氣閥片二者皆為彈簧鋼制造，具有很好的彈性和耐疲勞強度。

軸封的形式有多種，圖2-6是輸入軸軸封的一種形式，它具有使壓縮機內的制冷劑和外界隔斷的功能。由于軸封和主軸一起旋轉，所以采用耐磨、密封性好的炭環和陶瓷環。陶瓷環依靠卡簧定位。油封板、陶瓷環、炭環靠緊，起徑向密封作用。另外炭環還兼有軸向密封功能。目前很多壓縮機的密封已采用含氟塑料密封件。

由于曲軸連桿活塞組件做高速運動，所以必須保證其充分潤滑。壓縮機中潤滑方式有兩種：飛濺潤滑和強迫潤滑。飛濺潤滑的原理是依靠高速旋轉的曲軸，將曲軸箱的潤滑油帶上來，然后將其飛濺到各運動件上。強迫潤滑是利用壓縮機后端的機油泵，把油通過輸油管和曲軸。連桿內的輸油孔路強制性地送往需潤滑的機件部位。機油泵是一種內嚙合的齒輪泵，其內齒由曲軸驅動，外齒固定在后缸體上。

圖2-6 軸封結構

1—軸承 2—軸封 3—卡簧 4—密封板 5—O形圈

3.變容量式曲軸連桿壓縮機

制冷量大的曲軸連桿式壓縮機，往往采用獨立驅動方式，用調節發動機轉速的方法來調節壓縮機的制冷量。

實現容量調節的方法很多，一般是采用卸載裝置的機械控制來停止一個直至全部氣缸壓縮氣體的工作。另一方面由于曲軸連桿式壓縮機起動轉矩較大，便希望壓縮機空載起動，即全部氣缸停止工作，只將幾個氣缸的進氣閥片強制頂開，這樣可減小起動轉矩。

圖2-7是變容量調節壓縮機的原理圖。它在排氣閥座7和氣缸套5之間加進一個卸載閥片6，缸套側加了一個頂桿4，活塞2下面加了一個轉動斜環1。氣缸工作時，進氣閥片正常工作。若轉動斜環，頂桿頂起卸載閥片。此時，卸載閥片處于開啟狀態。因此，活塞雖然仍在氣缸內做往復運動，但并不壓縮氣體，即這個氣缸不處于工作狀態。反之，后向旋轉斜環，頂桿在彈簧作用下回位，卸載閥片關閉，氣缸又轉入正常工作態。通過這種辦法，便可實現制冷量的調節。

斜環的轉動是依靠液壓缸中的油壓來推動的。圖2-8所示的該裝置主要包括液壓缸、拉桿、彈簧等部分。液壓缸中不供油則彈簧將活塞推到右邊，拉桿將斜環轉到頂桿最低位置。卸載閥片關閉，氣缸處于工作狀態。若向液壓缸供油，活塞克服彈簧力后，向左移動，拉桿將斜環轉動到頂開卸載閥片，氣缸處于不工作狀態。在這種裝置中，一個液壓缸可控制兩個氣缸的轉動斜環。

圖2-7 變容量調節壓縮機原理圖

a）壓縮機正常工作 b）壓縮機卸載工作

1—斜環 2—活塞 3—彈簧 4—頂桿 5—氣缸套 6—卸載閥片 7—排氣閥座 8—排氣閥片 9—閥蓋 10—進氣閥片

圖2-8 液壓缸控制斜環工作圖

3.1.2 擺盤式壓縮機

擺盤式壓縮機的最大優點是工作平穩、結構緊湊、體積小，適用于在空間狹小的車廂使用。其材料為鋁合金，以減輕汽車自重。變容量擺盤式壓縮機可以無級自動調節能量的輸出，結構簡單，相應地空調的舒適性得到提高，能耗也得到降低。

1.工作原理

擺盤式壓縮機的工作原理如圖2-9所示。

各氣缸均以壓縮機的軸線為中心，均勻分布，連桿連接活塞和擺盤，兩端采用球形萬向聯軸器，使擺盤的擺動和活塞移動相協調而不致發生干涉。擺盤中心用鋼球做支承中心，并用一對固定的錐齒輪限制擺盤只能搖動而不能轉動。主軸和楔形傳動板連接在一起。

壓縮機工作時，主軸帶動楔形傳動板一起旋轉。由于楔形傳動板的轉動，迫使擺盤以鋼球為中心，進行左右搖擺移動。擺盤和楔形傳動板之間的摩擦力，使擺盤具有轉動的趨勢，但是這種趨勢被一對錐齒輪所限制，使得擺盤只能左右移動，并帶動活塞在氣缸內做往復運動。

圖2-9 擺盤式壓縮機工作原理圖

1—活塞 2—壓塊 3—鋼球 4—擺盤 5—主軸 6—楔形傳動板

該類壓縮機與曲軸連桿式一樣，均有進、排氣閥片，工作循環也具有壓縮、排氣、膨脹、進氣四個過程。當活塞向右運動時，該氣缸處于膨脹、進氣兩個過程，而擺盤另一端的活塞做反向的向左移動，使該氣缸處于壓縮、排氣兩個過程。主軸每轉動一周，一個氣缸便要完成上述的壓縮、排氣、膨脹、進氣的一個循環。一般一個擺盤配有五個活塞，這樣相應的五個氣缸在主軸轉動一周時，就有五次排氣過程。

為了使讀者對擺盤式壓縮機有更深入的了解，下面對日本三電公司的產品SD—5壓縮機的結構予以介紹。

圖2-10是SD—5擺盤式壓縮機的剖視圖。

圖2-10 擺盤式壓縮機剖視圖

1—后蓋 2—閥板 3—排氣閥片 4—排氣腔 5—彈簧 6—后蓋缸墊 7—主軸 8—軸封總成 9—滑動軸承 10—端面滾子軸承 11—前缸蓋 12—楔形傳動板 13、18—錐齒輪 14—缸體 15—鋼球 16—擺盤滾子軸承 17—擺盤 19—連桿 20—活塞 21—閥板墊 22—進氣腔

該壓縮機的特點是將擺盤和楔形傳動板的滑動配合改為借助于圓柱滾子軸承，傳動板與前缸蓋接觸亦改為借助于滾子軸承，并將楔形傳動板掏空，大部分零件也改用鋁合金材料。這樣改進后壓縮機結構更緊湊，重量更輕，壽命更長，價格又低廉。SD—5型壓縮機的主要構造如下：主軸和五個氣缸軸線平行，缸體14上均布著五個軸向氣缸，氣缸內的活塞和擺盤被連桿用球形萬向聯軸器連接，通過滾子軸承10和16，使楔形傳動板與前缸蓋和擺盤之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，減少了摩擦阻力和零件的磨損，延長了零件壽命。9是一對滑動軸承，它和鋼球15一起支承主軸和楔板運動。鋼球15還起到擺盤的支點作用。進氣腔和楔形板腔有通氣孔，使夾帶潤滑油的制冷劑蒸氣先潤滑所有的運動部件和油封后，再到氣缸中壓縮。

目前擺盤式壓縮機已在我國得到廣泛應用，如許多汽車修理廠都采用價格低廉的三電公司壓縮機來替換原有的汽車空調壓縮機。

2.變容量擺盤式壓縮機的工作原理

與普通擺盤壓縮機相比，變容量擺盤壓縮機最大的改進是在后端蓋上裝了一個波紋管控制器和導向器。波紋管放在吸氣腔內，受蒸氣壓控制，通過波紋管的動作來控制排氣腔和擺盤室、吸氣腔和擺盤室之間的閥門通道。導向器根據擺盤室內壓力的大小，自動調節擺盤的傾斜角度的大小。擺盤傾角越大，活塞行程越長，排出的氣體亦越多；反之，擺盤傾角越小，活塞行程越短，排氣量亦越少。這樣制冷量少，耗能亦少。

當發動機轉速降低時，蒸發器出來的蒸氣壓較高，使波紋管壓縮。當壓力大于0.35MPa時，控制閥開啟低壓通道。關閉高壓通道，這時擺盤室的蒸氣進入低壓腔，使擺盤室內氣壓變小，活塞壓縮時，兩端的壓差變大，導向器自動地調節增大擺盤傾角來平衡活塞上增大的力矩，活塞行程變長，排氣量增多。蒸發器壓力亦增高。這樣活塞兩端的壓差使壓縮機滿負荷輸出壓縮蒸氣，制冷量最大。

當發動機高轉速時，吸氣腔的壓力降低。當下降至0.3MPa時，控制閥打開高壓通道，關閉低壓通道，高壓蒸氣進入擺盤室，使活塞壓縮時兩端的壓差變小，導向器自動調節減小擺盤傾角。這樣活塞行程縮短，排氣量減小耗能減小。

由于變容量擺盤式可以在吸氣壓力0.30～0.35MPa之間連續無級調節其輸氣量，從而實現了壓縮機的制冷量、功耗與空調在不同工況下的合理匹配，極大限度地改善了汽車空調的舒適性，并降低了能耗。

3.1.3 斜盤式壓縮機

斜盤式壓縮機是一種軸向往復活塞式壓縮機。目前，它是汽車空調壓縮機中使用最為廣泛的一種。國內常見的轎車，如奧迪100轎車，捷達轎車，以及二汽生產的富康轎車皆采用斜盤式壓縮機，作為汽車空調的制冷壓縮機。

斜盤式和擺盤式壓縮機同屬于軸向往復活塞式壓縮機。其結構如圖2-11所示。

它們之間的不同是擺盤式的活塞運動屬單向作用式，而斜盤式的活塞運動屬雙向作用式。所以有時又把它們分別稱作單向斜盤式壓縮機和雙向斜盤式壓縮機。

1.工作原理

圖2-12是一種斜盤式壓縮機的剖視圖，它的工作原理如下：當主軸帶動斜盤轉動時，斜盤便驅動活塞做軸向移動，由于活塞在前后布置的氣缸中同時做軸向運動，這相當于兩個活塞在做雙向運動。即前缸活塞向左移動時，排氣閥片關閉，余隙容積的氣體首先膨脹；在缸內壓力略小于吸氣腔壓力時，吸氣閥片打開，低壓蒸氣進入氣缸開始了吸氣過程，一直到活塞向左移動到終點為止。當后缸活塞向左移動時，開始壓縮過程，蒸氣不斷壓縮，壓力和溫度不斷上升。當壓縮蒸氣的壓力略大于排氣腔壓力時，排氣閥片打開，轉到排氣過程，一直到活塞移動到左邊為止。這樣斜盤每轉動一周，前后兩個活塞各自完成吸氣、壓縮、排氣、膨脹過程，完成一個循環，相當于兩個工作氣缸。這意味著缸體截面均布三個氣缸和三個雙向活塞時，當主軸旋轉一周，相當于六個工作氣缸。所以稱這種三缸、三個雙向活塞布置的壓縮機為斜盤式六缸壓縮機。

圖2-11 斜盤式與擺盤式壓縮機原理和結構比較

a）斜盤式壓縮機的活塞雙向作用 b）擺盤式壓縮機的活塞單向作用

1—回轉斜盤 2、4—活塞 3—傳動板 5—擺盤

圖2-12斜盤式壓縮機剖視圖

1—主軸 2—壓板 3—帶輪軸承 4—軸封 5—密封圈 6—前閥板 7—回油孔 8—斜盤 9—吸油管 10—后閥板 11—軸承 12—機油泵 13—活塞 14—后缸蓋 15—后氣缸 16—鋼球 17—鋼球滑靴 18—前后活塞球套 19、20—前氣缸 21—帶輪 22—電磁線圈

2.結構

斜盤式壓縮機結構如圖2-12所示。

斜盤式壓縮機的主要零件有缸體、前缸蓋、后缸蓋、前閥板、后閥板、活塞。它的斜盤固定在主軸上，鋼球用滑靴和活塞的聯結架固定。

鋼球的作用是使斜盤的旋轉運動經鋼球轉換為活塞的直線運動時，由滑動變為滾動。這樣可減少摩擦阻力和磨損，以及延長滑靴的使用壽命。如今斜盤和滑靴都以耐磨質輕的高硅鋁合金材料替換了當初使用的鑄鐵材料，活塞也用硅鋁合金。這樣既提高了壓縮機運動機件的質量，又可提高壓縮機的轉速。

由于斜盤式壓縮機的活塞雙向作用，所以在它的兩邊都裝有前、后閥總成，各總成上都裝有吸氣簧片和排氣簧片。且前、后缸蓋上有各自相通的吸氣腔和排氣腔，吸、排氣缸用閥墊隔開。

其潤滑方式有兩種，一種是采用機油泵強制潤滑，它用于豪華型轎車和豪華小型巴士車，具有較大制冷量的壓縮機。另一種沒有油底殼，沒有機油泵，而是依靠潤滑油和制冷劑一道循環，利用在吸氣腔內因壓力和溫度下降而分離出的潤滑油來潤滑壓縮機各組件，很顯然這與擺盤式壓縮機類似。

3.變容量斜盤式壓縮機

斜盤式壓縮機實現容量變化的形式很多，但原理均相差不多，歸根到底都是采用電磁三通閥來調節氣缸內余隙容積大小，使排氣量發生變化，從而達到調節制冷量大小的目的。

如圖2-13所示，六缸斜盤式壓縮機每缸均配置一個余隙容積變化閥，使用一個電磁閥控制。也有用多個電磁閥控制六個缸排氣量的。

圖2-13 斜盤式壓縮機變容量工作原理

a）全負荷工作 b）部分負荷工作

1—余隙容積調節閥 2—排氣腔 3—活塞 4—閥口 5—三通電磁閥 6—回氣管 7—工作管

正常負荷工作時，電磁閥與排氣腔工作管接通，高壓氣體將余隙容積變化閥向右推，直至將閥口堵住，此時壓縮機為100%的負載，即以正常排氣量工作。

當需要降低壓縮機的排氣量時，電磁閥與回氣管和工作管相通。當吸氣時，余隙首先將原來左端的高壓氣體通過工作管、回氣管送到吸氣氣缸。在活塞壓縮時，氣體推動余隙左移，留下一個空間如圖2-12所示。當壓縮完畢時，余隙閥內的氣體保留下來。當活塞右移時，余隙閥內的高壓氣體首先膨脹，這樣就減少了氣缸的吸氣量和排氣量，相應功耗也就減少。至于每缸排氣量的減少量，一般按設計余隙容積減小75%來設計，相應功耗可減小50%。

由上所述可以看出，斜盤式壓縮機的容量是有級變化的，這就遠不及擺盤式壓縮機輸氣的質量好。與此同時，采用單電磁閥控制多個氣缸的方式也不合理，這會引起排氣的波動太大。相應地引起制冷量的急劇變化。所以，最好采用多電磁閥來控制多個氣缸。這樣可根據車內或車外溫度來決定變容的缸數。但這樣一來控制結構就變得復雜起來。所以，從變容的結構、能耗、空調舒適性來說，擺盤式的整體性能比其他往復式壓縮機好得多。

4.斜盤式壓縮機的特點

由于斜盤式壓縮機無連桿結構，所以工作可靠，結構也很緊湊，體積小，重量輕，排氣脈沖比曲軸連桿式小。由于它是軸向臥式結構，所以能方便地直接安裝在發動機機體上，而不需要另配機架，這些都是斜盤式壓縮機的優點。但是它裝配要求高，因為滑靴和鋼球、活塞架之間的裝配是很精密的，必須采用選配。而安裝時，前缸蓋、后缸蓋、前閥板、后閥板、主軸、活塞等都是用六條螺栓緊固組裝，這樣不容易保證裝配精度；另一方面，由于調整零配件較多，工作量大，技術要求高，這些都對工廠的加工裝配提出了很高要求，一般工廠很難辦到。這是斜盤壓縮機的不足之處。針對上述問題，近年來對斜盤式壓縮機有了很多改進，如將前后缸體改為整體式缸體，使制造工藝和裝配工藝都得到一定程度的簡化。

3.1.4 徑向壓縮機

徑向壓縮機又稱輻射式壓縮機，是往復活塞式壓縮機的一種。其特點是在一個截面上有四個氣缸對置。曾在20世紀70年代到80年代的通用轎車、福特轎車，以及本田轎車空調上得到普遍應用。

1.工作原理

圖2-14是其工作原理圖，當曲軸旋轉運動時，推動滑塊按曲柄位置移動，使直角相交的兩對活塞做垂直于曲軸軸線的往復運動。當曲軸運動到圖2-14a位置時，上氣缸排氣完畢，下氣缸吸氣完畢，右氣缸處于膨脹吸氣過程，左氣缸處于壓縮排氣過程。從曲軸中，溶解有潤滑油的低壓制冷劑蒸氣，通過在活塞中心的通孔將裝在表面的吸氣閥片頂開，進入氣缸進行吸氣；而排氣則是通過氣缸頂面的排氣閥片和閥板排到外殼空間，再從排氣孔送到冷凝器。當曲軸轉到圖2-14b位置時，上缸余隙氣體開始膨脹過程和低壓蒸氣從吸氣閥吸氣過程；而下缸則為壓縮排氣過程。當右缸吸氣完畢，左缸排氣亦結束。圖2-14c、d亦加以類推。這樣當曲軸旋轉一周，則每一個氣缸都完成了吸氣、壓縮、排氣、膨脹的循環。

圖2-14 徑向壓縮機工作原理

2.結構構造

雖然徑向壓縮機的工作原理相同，但不同廠家生產的徑向壓縮機都互有差異。

美國通用汽車公司生產的Harrison.R型壓縮機活塞靠兩只軛叉相連，軛叉中心和曲柄中心線相交。氣缸體采用鋁合金材料，與主軸和活塞組裝在一起，不可拆卸。外殼和氣缸體緊配合，拆開時需用專用工具。而日本本田公司生產的四缸徑向壓縮機將四個活塞做成兩對整體活塞，把它們嵌裝在滑塊上，這樣既可減少曲軸和滑塊之間的運動慣性，又可提高壓縮機的轉速。

3.徑向活塞式壓縮機特點

由于該類壓縮機采用徑向十字形排列，所以軸向尺寸短，平衡性能好，振動小，是往復式活塞壓縮機中結構最簡單、最緊湊的品種，而且低速性能好，可靠性高。

此種壓縮機在應用中的特點如下：

1）低速時容積效率高，功耗小。

2）采用兩個對置活塞。從理論上講，慣性力可以自行抵消，這樣振動較小。

3）四缸對置，所以軸向尺寸小，結構緊湊，重量輕，特別適合于小型經濟型轎車。

4）由于含有潤滑油的低壓蒸氣是通過曲軸箱后再進入活塞和氣缸的，因此整機潤滑非常充分、均勻，相應消耗的摩擦功很小。

3.2 回轉式壓縮機結構原理

回轉式壓縮機是一種工作容積能做回轉運動的容積式壓縮機。機體內氣體的壓縮是通過容積的變化來實現的。

回轉式壓縮機和往復活塞式壓縮機都是依靠氣缸容積的變化來達到壓縮制冷劑的目的，但是回轉式壓縮機工作容積的變化不同于往復活塞式壓縮機，它的工作容積變化除了周期性擴大和縮小外，其空間位置也隨主軸轉動不斷發生變化。這類壓縮機只要進氣口的位置設置合理，完全不用進氣閥片。排氣閥片則可根據需要來設置。回轉式壓縮機基本上無余隙容積，其工作過程一般只有進氣、壓縮、排氣三個過程，所以它的容積效率比往復式壓縮機高得多，高到80%～95%。

回轉式壓縮機的轉子不存在往復運動帶來的慣性力，所以平衡問題容易解決。這樣，回轉式壓縮機可達到較高轉速，增加了制冷能力，減小了體積和重量，這一點對汽車空調顯得特別重要。

但是，由于回轉式壓縮機工作容積不斷地變化，使得工作容積的密封面積較大，加上密封的地方大都是曲線，因此密封結構復雜，密封性差。為此，必須借助潤滑油來密封，而這又勢必造成潤滑機構復雜。而且由于潤滑油的導熱性差，造成空調壓縮機的換熱性能不良，降低它的制冷能力。

由于回轉式壓縮機的特點，近十來年，它已廣泛地應用在汽車空調上，正在逐步取代往復式壓縮機。下面對其中的旋葉式壓縮機和滾動活塞式壓縮機進行介紹。

3.2.1 旋葉式壓縮機

旋葉式壓縮機又稱刮片式壓縮機，它是由旋葉式真空泵演變而來的。它是旋轉式壓縮機中應用在汽車空調上最早的一種。

1.工作原理

旋葉式壓縮機的氣缸有圓形和橢圓形兩類。葉片有二片、三片、四片、五片等幾種。其中圓形氣缸配置的葉片為二、三、四片三種，如圖2-15所示。

圖2-15 圓形氣缸的旋葉式壓縮機剖視圖

a）日本松下二葉壓縮機 b）美國紐克四葉壓縮機

1—排氣孔 2—缸蓋 3—葉片 4—轉子 5—缸體 6—吸氣孔 7—排氣簧片 8—主軸 9—進油孔 10—單向閥

橢圓形氣缸配置的葉片為四、五片兩種，如圖2-16所示。

在圓形氣缸的旋葉式壓縮機中，轉子的主軸相對氣缸的圓心有一偏心距，這樣使轉子緊貼在氣缸內表面的吸、排氣孔之間，而在橢圓形氣缸中，轉子的主軸和橢圓的幾何中心重合，轉子緊貼橢圓兩短軸上的內表面。這樣轉子的葉片和它們之間的接觸將氣缸分成幾個空間，當主軸帶動轉子旋轉一周時，這些空間的容積發生擴大—縮小—幾乎為零的循環變化；相應地制冷劑蒸氣在這些空間內發生吸氣—壓縮—排氣的循環。對于圓形氣缸而言，雙葉片式將空間分成兩個空間，主軸每旋轉一周，即有二次排氣過程；三葉片則有三次排氣過程，葉片越多，壓縮機的排氣脈沖越小。橢圓氣缸壓縮機也是如此。

舊式設計中，將排氣閥設計在接近接觸線的位置，旋葉式壓縮機幾乎不存在余隙容積。

圖2-16 橢圓形氣缸的旋葉式壓縮機

1—機殼 2—缸體 3—葉片（共四片） 4—轉子 5—吸氣腔 6—排氣簧片 7—進油口 8—主軸

由此可見，旋葉式壓縮機由于不設吸氣閥，容積效率特別高，轉子可以高速運轉，制冷能力強。

2.結構

圖2-17是旋葉式壓縮機的軸向剖視圖。

從圖中可知，它的主要零部件有缸體、轉子、主軸、葉片、排氣閥、后端板、帶有離合器的前缸蓋和主軸的油封總成。后端板和前缸蓋上有兩個滾動軸承支撐主軸轉動。后端還有一個油氣分離器。轉子上開的槽的中心不通過轉子中心，而是斜置一個角度，以使葉片在轉子的斜置槽中上下自由滑動。葉片之所以斜置槽中，目的是盡量減小葉片沿轉子上的槽運動時的阻力，以改善葉片在槽中自由滑動的狀況。高壓潤滑油從槽的底面進入槽中，使葉片以浮動的形式接觸缸體曲面而實現密封，這樣既減小了密封彈簧的彈力，又提高了葉片的耐磨性。與此同時離心力對無約束的葉片的作用也能加強接觸面密封的可靠性。

旋葉式壓縮機后端的排氣室內設有一個較大的空間，以用來分離油氣，使制冷劑蒸氣經分離后排出。油底殼里的潤滑油在壓差作用下，通過輸油管壓入轉子的槽底，通過葉片和槽的間隙，進入氣缸，潤滑油同時還流到轉子與前后缸蓋板的間隙中，對端面的軸承和油封進行潤滑，另外還對主軸承進行潤滑。潤滑后的油隨著制冷蒸氣經壓縮，再返回油氣分離器。

3.變容量的旋葉式壓縮機

圖2-18所示為一種雙葉片旋葉式壓縮機。它可根據發動機轉速的高低、自動調節制冷量。

圖2-17 旋葉式壓縮機軸向剖視圖

1—前板 2—帶輪 3—前端蓋 4—軸承 5—缸體 6—后蓋板 7—軸承 8—吸油管 9—排氣口 10—進氣口 11—后端蓋 12—轉子 13—主軸 14—帶輪軸承 15—軸襯

圖2-18 變容量旋葉式壓縮機

1—轉子 2—主軸 3—變容量槽 4—吸氣孔 5—進氣管 6—O形圈 7—排氣閥 8—葉片 9—缸體

這種壓縮機的工作原理如下：在氣缸的進氣口處，有一進氣槽，當葉片刮過進氣口時，進氣過程本來應該結束，但由于氣缸開有一吸氣槽，在氣流慣性的作用下，繼續通過吸氣槽進行充氣，這樣可以提高充氣效率，又不影響下一氣缸的進氣過程。吸氣槽和葉片構成一個缺口，通過吸氣槽進入氣缸的氣體流量正比于缺口截面積和流入時間的乘積，即流量=K×面積×時間×葉片厚度。式中K為比例系數。低轉速時，葉片刮過吸氣槽的時間長，充氣量增大，制冷量大；高轉速時，葉片刮過吸氣槽的時間短，氣缸充氣量相對減少，制冷量減小，能耗降低。在相同制冷量條件下，氣缸容積可以減小30%，而重量降低20%。從整體來看，不但能進行制冷量自動調節，還可減少功耗，這也是旋葉式壓縮機得到廣泛應用的原因。

4.旋葉式壓縮機的特點

旋葉式壓縮機有如下特點：

1）結構簡單，零部件少，無進氣閥，容積效率高。

2）體積小，重量輕，重量只有制冷量等同的往復式壓縮機的50%～70%。

3）能高速運轉，且運轉平穩，起動轉矩小。

4）噪聲小，壓縮蒸氣的溫度低。

5）葉片的耐磨性差，端面密封性能較差，這影響了這種機型的推廣應用。

3.2.2 滾動活塞式壓縮機

滾動活塞式壓縮機是一種新型的旋轉式壓縮機，有單缸、雙缸和變容量三種。該種壓縮機由于體積小、工作可靠，廣泛應用于汽車空調及其他空調和冰箱上。

1.工作原理

滾動活塞式壓縮機工作原理如圖2-19所示。

滾動活塞內部是中空的，并且和曲柄的配合有很大的間隙，在間隙里充滿著潤滑油。如圖2-20所示，當曲軸旋轉時，依靠摩擦力引起滾動活塞的轉動，并在離心力作用下，使滾動活塞的內表面和曲柄外表面緊緊接觸，造成滾動活塞的幾何中心與曲軸中心不重合，即與氣缸中心不重合，接觸位置處在活塞中心和氣缸中心連線的延長線與氣缸交點上，且該接觸線與固定在氣缸上的刮片將氣缸空間分成兩部分。當曲柄旋轉時，活塞不但做自身滾動，而且以氣缸的中心為圓心，偏心距為半徑的圓周上做回旋運動（不是旋轉運動）。這兩種運動的合成，引起氣缸兩部分的空間容積的擴大、縮小的周期性變化。當進氣腔的空間容積不斷擴大時，制冷蒸氣不斷地從外面吸進，壓縮機處于進氣過程；而另一腔則容積不斷縮小，蒸氣不斷壓縮，處于壓縮過程。當壓力腔的蒸氣壓力略大于排氣腔時，則排氣閥打開，將壓縮蒸氣排出氣缸外，處于排氣過程。曲軸旋轉一周，活塞與氣缸的接觸線也移動一周，這樣壓縮機的兩個空間各自完成了進氣、壓縮、排氣三個過程的工作循環，兩個缸便完成了兩個工作循環。由于滾動活塞式壓縮機的進氣過程是連續的，所以不用設置排氣閥，容積效率比較高。

圖2-19 滾動活塞式壓縮機工作原理

1—曲軸 2—氣缸 3—滾動活塞 4—排氣閥 5—進氣口 6—刮片 7—彈簧 8—壓縮腔 9—進氣腔

圖2-20 活塞滾動原理

1—曲軸 2—油膜 3—滾動活塞 4—刮片

滾動活塞是在曲軸做旋轉運動時，在活塞與曲軸的接觸表面產生的摩擦力驅動下帶動活塞轉動的。由于摩擦面上形成有一層支承油膜，所以曲軸和轉子內表面的摩擦力不大，活塞的轉動速度比曲軸小得多。這樣活塞在氣缸面上的運動呈一種滾動方式。它的刮片和滾動活塞的接觸部分也是滾動的。所以滾動活塞式壓縮機的摩擦功耗很小，磨損量亦很小，這樣使得使用壽命延長。這一點與旋葉式的旋葉與氣缸接觸是滑動接觸不同，所以滾動活塞式壓縮機得到廣泛的應用。

2.結構

圖2-21所示為日本三菱SA—430滾動活塞式壓縮機的剖視圖。主要零件為曲軸、轉子、缸體、前后端蓋和刮片。曲軸11由兩端的滾動軸承9和14支承。平衡塊8在曲軸尾端。彈簧12壓迫刮片24緊貼滾動活塞28在缸體內滾動。不設吸氣閥，排氣閥采用圓柱形，圓柱形閥工藝性好，在氣缸上安裝和布置亦較方便。潤滑油采用壓差輸油的方式。即冷凝的潤滑油在氣缸內潤滑滾動活塞與氣缸壁接觸部位及刮片后，和制冷劑一起排到機體底部，底部裝有不銹鋼篩網，用來分離油氣。分離后的油氣，其中蒸氣從排氣口排除，潤滑油留在機體底部。在排氣高壓作用下，通過吸油孔29油被送到主軸承、活塞內孔以及油封等處，而在底部的刮片和彈簧都浸在油中。

圖2-21 日本三菱SA—430滾動活塞式壓縮機剖視圖

a）側向剖視圖 b）正向剖視圖

1—進氣口 2—排氣口 3—檢修備用閥 4—安裝架 5—后蓋套 6—推力軸承 7—軸向止動螺栓 8—平衡塊 9、14—滾動軸承 10—后缸蓋 11—曲軸 12—刮片彈簧 13—前蓋套 15—軸封總成 16—離合器帶輪 17—O形圈 18—離合器壓板 19、21—卡環 20—油封 22—離合器線圈 23—止推密封 24—刮片 25—氣缸體 26—閥限位器 27—油分離閥 28—滾動活塞 29—吸油孔 30—前缸蓋 31—排氣閥

3.變容量滾動活塞式壓縮機

圖2-22所示為一雙缸變容量滾動活塞式壓縮機。

在該種壓縮機上，一根曲軸配有兩個串聯的滾動活塞和中間隔板，其他部分與單缸同。為平衡曲軸方便，兩個曲柄位置錯開180°，這樣兩個活塞也相互錯開180°，這使排氣連續進行，排氣量可提高一倍，壓縮機的體積也更緊湊。滾動活塞壓縮機的變容量是停止其中一缸工作，讓其制冷量減少一半。其原理是：從排氣口引一條管道到后缸的卸載閥，當電磁閥關閉時，卸載閥在右邊，打開后缸的吸氣口，讓其雙缸全負荷工作。在車速很快時，蒸發器出口空氣溫度下降，接通電磁閥，讓排氣高壓引入卸載閥，閥門移到左邊，關閉后缸的吸氣入口，讓后缸處于空轉狀態，沒有制冷劑輸出。很顯然，這是一種突變的方式，所以輸出的冷空氣量和溫度波動很大。

圖2-22 雙缸變容量滾動活塞式壓縮機

1—帶輪 2—離合器板 3—油封 4—曲軸 5、12—吸氣口 6—滾動活塞 7—前缸體 8—隔板 9—排氣口 10—后缸體 11—外殼套 13—擋油板 14—電磁閥 15—連接管 16—后缸蓋 17—卸載閥 18—卸載彈簧 19—前缸蓋

4.滾動活塞式壓縮機的特點

滾動活塞式壓縮機的優點如下：

1）容積效率高。

2）摩擦阻力小，制冷系數高，壽命長。

3）結構緊湊，零件少，重量輕，體積小。

其缺點是制造精度要求高，特別是轉子、缸體內徑和曲柄的配合要求非常高，生產中須采用專用夾具。