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第24章 車用空調壓縮機研發

  • 百年建設工業史話
  • 艸河魚翁
  • 6914字
  • 2025-05-05 09:11:17

在空調產品與技術的研發領域,建設空調始終秉持著穩健發展的策略。其發展路徑以引進技術為起點,通過深入的消化吸收工作,逐步積累經驗,進而朝著自主開發的目標邁進。在這一漫長的發展進程中,大致可劃分為四個具有顯著特征的階段。

一、消化吸收應用階段

回顧1996年至1998年這段時期,建設空調將工作重點聚焦于對JSS-96壓縮機技術的消化與吸收。與此同時,積極致力于零部件國產化的推進工作,力求降低對進口零部件的依賴程度。在壓縮機技術的消化吸收方面,建設空調采取了兩種行之有效的途徑。一方面,通過組建專業的技術研發團隊,深入研究并充分汲取外來先進技術的精華,在持續的探索與實踐中,成功研發出一系列擁有自主知識產權和專利的零部件。另一方面,在與市場緊密對接的過程中,高度重視客戶的個性化需求,針對客戶提出的多樣化要求,對壓縮機進行精心的二次開發,以更好地滿足市場的實際需求。

自1996年起,建設空調有條不紊地開啟了對JSS-96系列技術的全面消化吸收工作。在此期間,逐步推動主要零部件從最初依賴進口件(簡稱CKD)的狀態,向實現自主生產的方向轉變。經過多年不懈的努力,1999年,JSS-96系列的國產化率順利達到83%;到2003年,這一比例更是進一步提升至88%,取得了令人矚目的成績。隨著消化吸收工作的持續深入以及在實際應用中的不斷檢驗與改進,JSS-96系列壓縮機在各項技術指標上均實現了大幅提升。旋葉式成功衍生出系列化改型機,型號種類豐富多樣,多達40余種。在安裝方式上,為滿足不同客戶的使用需求,提供了軸裝、直裝、吊耳式等多種選擇;皮帶輪方面,也涵蓋了單槽、雙槽、多槽等不同類型。正因如此,該系列壓縮機深受國內微型汽車及經濟型轎車廠家的青睞,成為其廣泛采用的熱門型號之一。

二、消化吸收開發階段

自1999年起,建設空調開啟了重要的技術探索征程。彼時,其率先著手國產化項目以及系列改型機的開發工作。緊接著在2000年,便積極投身于仿研領域。在漫長的發展進程中,建設空調致力于對引進技術的深入消化與吸收,逐步培育出了具備一定實力的自主研發能力,順利邁入消化吸收再開發階段。在這期間,涌現出了JS-72、JS-83、JSS-120、JS-150等極具代表性的成果。尤其值得一提的是,在1999-2003年期間,建設空調全力開展JSS-96系列改型機的研究與開發工作,同步推進國產化進程,為品牌在空調技術領域的深耕與拓展奠定了堅實基礎。

1、JS-72的開發

上世紀90年代末,國內汽車空調壓縮機總產量的80%以上集中在中排量范圍,小排量壓縮機受到生產商的忽視,為了滿足市場需要,建設空調積極采取措施,進行了JS-72排量壓縮機的開發。

2002年11月,經論證,JS-72正式立項,并成立了APQP小組。2003年1月28日完成了草圖設計。2月28日完成了設計計算書、DFMEA、產品特殊性清單、樣件控制計劃、JS-72壓縮機試行標準等。5月樣機出來前完成了設計驗證方案。在JS-72壓縮機的實施過程中,建設空調充分利用現有的資源(技術、設備等),只設計了缸體、轉子、葉片、外殼4個專用件就達到了設計要求。同年底,JS-72正式投產。

JS-72系列旋葉式壓縮機是針對1升以下發動機開發的小型空調壓縮機,其體積小、省功率的特點受到用戶廣泛好評,特別適合微型車的使用。JS-72系列共3種產品、壓縮機排量72CC,使用在汽車排量在1.0升以下的微型小貨車、mini型轎車等。主要給河北長安和長安本部配套。

2、JS-83的開發

2003年10月底,建設空調收到長安鈴木公司YN5項目零部件招標辦法,擬訂JS-83壓縮機對YN5進行投標,通過努力,同年12月底,長安鈴木公司正式委托建設空調開發YN5所用的JS-83車用空調壓縮機。

2004年1月7日,建設空調正式確定進行JS-83研發項目。4月16日,JS-83進入產品設計與開發階段。7月9日,進入過程設計與開發階段。9月17日進入產品與過程確認階段。

JS-83系列壓縮機采用了新工藝,全部采用鋁制件。壓縮機自身重量降低,性能得到提高,更節能、省油,噪聲更低。新工藝代表壓縮機發展的新方向,產品市場為長安鈴木的雨燕車型配套。

為降低成本,建設空調從2005年2月起開始對JS-83進行主要零部件的國產化。2007年,JS-83完成了前后端板、缸體、TCC及寶源的轉體已經過83加工線試流動。葉片鍍鎳已與高校合作成立攻關小組,實施了實驗槽的方案,進行了相關試驗。2008年,JS-83完成引進資料的消化及各項國產化準備。2009年,進行了Ni-Co-P/Si3N4復合電鍍試驗。

3、JSS-120的開發

1999年開始進行開發,2000年JSS-120開發成功,2001年JSS-120投入市場。

JSS-120壓縮機廣泛應用于發動機為1.6升-2.5升的各種轎車、面包車、輕重型卡車、以及SUV越野車等。公司根據用戶需要,可提供直裝或軸裝的安裝方式。該壓縮機通過了CCI公司的DVT耐久性試驗規范,同時通過了FORD公司對汽車空調壓縮機的DVT耐久性試驗規范。同時該產品已成為福特嘉年華車壓縮機供應商,并通過了Passcar十萬公里道路試驗。

JSS-120系列共7余種機型,壓縮機排量120CC,使用在汽車排量在1.3-2.0升的經濟型轎車、中擋轎車、皮卡、SUV、MPV等車,設計年產4萬臺。

4、JS-150的開發

2001年11月,開始進行市場調研,在與JS-150壓縮機同等排量的市場上,當時的生產能力已大于實際需求,且有幾個生產廠家的產品主要集中在該市場,競爭異常激烈。同時,JS-150壓縮機的試配車型有中高檔轎車、輕客及MPV、SUV類車型。對壓縮機產品的技術來源、規格形式以及相應的供應商的實力都有嚴格的要求,建設空調在短時間內難以跟上海三電易初相比。同時,選擇輕客市場,應充分考慮到成本因素和國際市場因素。

建設空調經過研討決定,在2001年12月底確定JS-150項目,2003年4月初設計出樣機。12月試制出正樣機,2005年2月設計凍結。2005年開始,主要對JS-150進行市場推廣工作,其中重點是和華盛強、東風派恩進行市場對接。

三、自主開發階段

2004至2006年,通過不斷引進人才和技術,具有了一定自主開發能力,開始自主研制開發先進產品,形成了快速開發出滿足客戶需求的各種改型機,如奧拓、鈴羊、長安之星系列等的能力。2006年,96CC以外產品市場份額達到了25.44%。

1、主開發成熟產品

建設空調經過積極引進和消化吸收,逐漸地擁有了自己的技術,具備了一定的自主開發能力,2000年,建設空調進入自主開發成熟產品階段。其中以JS-320、JSP-170為代表。

(1)JS-320的開發

二十世紀末,國內大排量壓縮機生產尚為空白,大排量壓縮機在國內具有非常大的市場前景,為打破建設空調品種單一,缺乏市場競爭力的局面,建設空調開始積極籌備研發大排量段壓縮機。

JS-320沒有引進技術的支持。1989年至1995年間,建設空調曾開發過與該機具有相同結構的10P150(日本電裝公司產品)壓縮機——JSY-150斜盤式壓縮機,并通過了市級鑒定,積累了一些經驗。2000年10月,對JS-320進行市場研究資料確認。2001年8月,JS-320開發小組成立,2002年10月,進入正樣機試制階段,2002年12月進行JS-320產品鑒定,2005年底投入市場。

JS-320系列壓縮機采用雙向斜盤方式,結構緊湊,可靠性高,主要適用于大巴及各類中巴空調產品。JS-320系列共3種機型,壓縮機排量320CC,使用在汽車排量在中巴車、大巴車上,2006年,重點解決了批量生產和上市中的技術問題,不斷完善,開始小批量生產(月生產100-200臺),主要使用在線下市場及維修市場。

(2)JSP-170的開發

經過近10年的努力,建設空調壓縮機在微車市場取得了支配地位,并逐步向轎車市場擴展,但是產品單一已成為建設空調未來發展的瓶頸。由于JSP-170和JS-320同屬于斜盤技術平臺,所以JSP-170的研發屬于在同類產品上的延續,在研發手段、技術和工藝方面都可以借鑒JS-320技術。2005年4月10日,建設空調開始對JSP-170立項。5月10完成其設計策劃。6月30日完成設計。12月完成樣機試制評價。2006年3月完成設計優化,并進行實驗確認。

JSP-170壓縮機排量為170CC,使用在汽車排量為2升左右的中檔轎車。同時,建設空調對變排量機進行了基本結構研究、控制閥運動、動力研究、運動機構動力研究、試驗測試、已開始樣機設計、試制。

2006年3月底至4月初,JSP-170通過空調公司組織的產品評審。從2006年6月到2007年1月,JSP-170在JS-320生產線上完成了3次小批量試生產,從而基本實現了JSP-170壓縮機的量產能力。2007年3月,JSP-170首次交付客戶,并得到了客戶的認可。2007年10月19日通過重慶市科學技術委員會組織的產品鑒定。JSP-170壓縮機排量為170CC,使用在汽車排量為2升左右的各型乘用車。

(3)JSP-150的開發

在JSP-170開發成功的的基礎上,為進一步豐富斜盤式壓縮機技術平臺的產品系列,建設空調公司決定開發JSP-150壓縮機。2006年3月,公司正式下達JSP-150設計任務書,對JSP-150立項,4月15日完成其設計策劃,5月15日完成設計,10月完成樣機試制評價,12月完成設計優化,并進行實驗確認。2007年4月底,JSP150通過了空調公司組織的產品評審。2007年10月19日,通過重慶市科學技術委員會組織的產品鑒定。JSP-150壓縮機排量為150CC,使用在汽車排量為1.6升左右的各型乘用車。

2、自主開發先進產品。

(1)變排量壓縮機技術預研

在當下汽車市場的發展態勢中,消費者對于駕乘舒適性的追求與日俱增,汽車空調系統的性能已然成為評判車輛品質的要素之一。傳統的定排量壓縮機,由于其工作效能高度依賴發動機的實時運行狀態,在實際的使用場景里,諸多弊端逐漸顯露。從車輛行駛穩定性的維度來看,定排量壓縮機隨發動機工況變動的工作模式,會在一定程度上干擾汽車行駛的平穩性,進而降低駕乘體驗的舒適度。就溫度調控層面而言,其難以精準維持車內溫度的恒定,致使出風口溫度出現較為明顯的波動,這無疑增加了營造舒適、穩定車內熱環境的難度。此外,定排量壓縮機工作模式所具有的不可控特性,給空調系統邁向自動化的發展之路設置了較大阻礙,難以契合現代汽車智能化、便捷化的發展潮流。

相較之下,變排量壓縮機展現出了極為突出的優勢。該技術憑借先進的傳感系統,能夠實時、敏銳地感知車內、外溫度的動態變化,并依據這些精確的數據,自動且精準地對壓縮機排量進行調節。通過這種智能化的調節機制,變排量壓縮機得以迅速、精準地達成車內所需的最佳溫濕度調節效果。這一優勢不僅有效規避了因頻繁啟停對汽車整體系統造成的沖擊,延長了相關部件的使用壽命,還顯著增強了車內溫度的穩定性,為駕乘者締造了更為愜意的環境。與此同時,由于壓縮機始終能夠保持在最佳工作狀態,其能效比得到大幅提升,實現了高效運行與節能目標的雙重兼顧。基于這些卓越特性,變排量壓縮機在中、高端轎車的自動空調系統中得以廣泛應用,成為推動汽車空調性能提升的核心技術。

在技術研發與項目推進進程中,建設空調依托針對壓縮機性能以及控制閥特性等核心領域展開的專項實驗研究,于2003年7月至9月期間,啟動了對變排量壓縮機的深度探索工作。在此階段,研究團隊對變排量壓縮機的材料性能展開了全方位、精細化的分析,旨在從根源上提升產品質量與性能。同時,借助精密的壓縮機測繪技術,深入鉆研其內部錯綜復雜的運動關系,為后續的優化設計筑牢了堅實的數據根基。

自2003年9月至2004年1月,項目步入資源調研階段。在此期間,研究團隊一方面廣泛且深入地調研變排量壓縮機的材料市場,精心篩選出兼具高性價比與卓越性能優勢的材料;另一方面,針對表面處理工藝開展了初步的技術剖析,期望借助先進的表面處理技術,進一步強化壓縮機的耐用性與可靠性。

從2004年1月至5月,項目進入合作研究階段。在此期間,研究團隊積極主動地與國內外相關專業機構展開深度合作,通過對同類產品進行全面、多維度的對比研究,汲取先進經驗,精準查找自身存在的差距。同時,運用專業的力學分析與運動學分析方法,對變排量壓縮機的工作過程進行深度剖析,為產品的優化升級提供了科學合理的依據。

至2006年,為進一步提升項目推進效率,特別組建了項目小組。該小組肩負起多項任務,順利完成了國外先進樣機的測試與深度解析工作,精準把握國際前沿技術水準。通過細致入微的國外專利查新工作,有效規避了潛在的知識產權風險,并在此基礎上確立了具備創新性的產品方案,成功實現從外控到內控的技術突破。此外,項目小組還順利完成了產品的2D、3D初步設計,為產品從概念走向實體奠定了基礎,并精心籌備好樣機試制的各項前期準備工作,為后續的產品研發與產業化進程夯實了根基。

(2)JSPV-160的開發

建設空調所生產的,適用于微車市場且排量處于96至120毫升/轉區間的壓縮機,在該細分市場領域呈現出獨特的競爭優勢。然而,就國內壓縮機產量的總體規模而言,其占比相對有限。深入剖析2004年國內轎車行業的發展態勢,可以明確地看到,160左右排量的轎車已在市場中確立了主導地位。當時,國內各大主流汽車生產廠商均積極投入資源,全力推進160排量轎車的研發工作。

鑒于這樣的市場形勢,在2004年,建設空調憑借自身深厚的研發底蘊,結合既定的產品發展規劃,綜合考慮當時市場的實際狀況以及對未來市場趨勢的精準預判,經過審慎權衡,果斷決定開啟160排量壓縮機的研發項目。同年1月,建設空調迅速組建專業團隊,開展對SD-PXV16樣機的2D、3D測繪工作,并制定了全面且詳盡的總體論證方案。

在JSPV-160的研發進程中,不可避免地遭遇了一系列技術與工藝方面的嚴峻挑戰,這些難題在一定程度上對研發工作的順利推進造成了阻礙,致使研發周期有所延長。為了強化理論研究基礎,從而更為高效、精準地試制出符合預期的樣機,建設空調積極拓展合作途徑,與國內知名高校展開深度合作。其中,與清華大學攜手開展了一系列卓有成效的合作研究。2005年1月,清華大學按時完成了建設空調委托的SD-PXV16變排量斜盤式壓縮機特性研究課題。與此同時,建設空調還與西安大學在單向斜盤變排量壓縮機內部機理探索、計算機模擬與性能分析,以及雙向斜盤壓縮機活塞受力分析等多個關鍵技術領域展開合作,共同攻克技術瓶頸。

2005年9月,JSPV-160的研發工作取得了突破性的重大進展,成功完成了關鍵零部件的加工制造任務。同年11月,順利開展并出色完成了整機裝配后的性能評估工作。進入2006年,建設空調持續發力,順利完成了產品的2D、3D初步設計,為后續產品的優化升級與實現量產筑牢了堅實根基。

四、產品結構調整階段

在2007至2008年間,空調公司全力聚焦于產品結構的優化與調整工作。回顧2006年3月,公司與重慶大學攜手開展深度合作,成功完成了車用空調壓縮機關鍵零部件有限元分析方法的研究項目。此次研究范圍廣泛,全面涵蓋了靜力強度、動力響應、耐久性以及動力特性等多個重要領域。博士后科研項目的研究歷時兩年有余,在此期間,產品開發過程中的數字化建模逐步走向規范與成熟,成功實現了虛擬物理樣機的研發。不僅如此,公司還成功實現了系統多物理場分析,能夠對零部件及系統的強度、疲勞壽命、振動與噪聲等方面進行全面且深入的分析。

自2002年起到2008年,經過長達7年的持續探索與深入鉆研,空調公司對變排量壓縮機的認知實現了質的飛躍。綜合考量市場動態以及對變排量壓縮機新技術的深刻理解,公司經過審慎評估,決定暫停JSPV-160的開發工作,并正式啟動JSPV17的開發項目。公司將JSPV17定位為變排量壓縮機的基礎機型,并規劃在適當時機,以JSPV17為核心,開展相關的系列化拓展工作,比如研發具有全新結構的JSPV16等。

在JSPV-170的開發進程中,公司以對JSPV-160的前期預研開發為基石,深入調研國內外相關專利,與經驗豐富的資深專家展開充分交流與探討,并實地走訪考察變排量生產廠家,積累了海量的信息資源。經過2006年近一年的精心籌備與預研,于2007年正式開啟JSPV-170的開發征程。2007年3月,順利完成圖紙的初步設計,并積極構建變排量壓縮機零部件供應商體系,隨后迅速開展樣件試制工作。在2007年9月和11月,分別進行了兩輪樣機裝配及初步性能測試,產品性能達到國際同類壓縮機的先進水平。至2008年,JSPV170初樣機成功研制,并開展了全方位的設計驗證試驗。

2008年,JSS-72及以上排量車用空調壓縮機榮獲“重慶市用戶滿意產品”稱號。到2009年,公司成功搭建起多平臺的產品架構,進一步完善了旋葉式系列、活塞斜盤式定排量系列、活塞斜盤式變排量系列這三大核心產品平臺。同時,對旋葉式系列的安裝方式及各類中后出口進行了優化升級,從而實現了對競爭對手各種壓縮機排量和安裝形式的全面覆蓋。

五、新技術的推廣應用

(一)新材料

在汽車行業對舒適性與輕便性的不懈追求下,空調壓縮機鋁質化的發展潮流愈發強勁。這一趨勢宛如強勁東風,有力推動了新技術、新材料的廣泛推廣與應用。

1、葉片所采用的基礎材質為ASCM20+5Fe。經由對加工工藝的精心調校,成功提高了材料中的Si含量,進而顯著優化了材料性能,使其能更好地適配空調壓縮機的嚴苛運轉要求。

2、轉子、缸體以及端板選用的基礎材料為A390R。在確保材料性能穩定可靠的基礎上,巧妙地適當降低該材料的Si含量,此舉不僅有效增強了材料的可塑性,使其在加工過程中能更好地塑形,還大幅提升了材料的加工性能,顯著提高了生產效率與產品質量。

(二)新專利

在深耕自主消化吸收工作的過程中,建設空調不斷磨礪,逐步構建起獨樹一幟的技術特色,在外觀設計與新型實用技術領域碩果累累,攬獲了一系列專利成果。

車用空氣凈化器(JS-A2B)的外觀設計專利,在2005年4月正式獲得授權,其獨特的外觀設計,在滿足功能性需求的同時,也為汽車內飾增添了一抹別樣的設計感。

多功能智能化車用空調凈化器實用新型專利,于2004年4月獲批,該專利將先進的智能技術融入空調凈化器,極大提升了車內空氣凈化的效率與智能化體驗。

車用空調壓縮機安裝支耳實用新型專利,在2006年11月成功得到授權,其創新設計優化了壓縮機的安裝結構,提升了安裝的便捷性與穩定性。

車用空調轉子銑五槽夾具實用新型專利設計,于2006年2月獲得授權,該夾具設計有效提升了轉子銑槽的加工精度與效率。

車用空調壓縮機實用新型專利設計,在2006年2月順利獲批,對壓縮機的整體性能進行了優化升級。

車用空調壓縮機閥板實用新型專利設計,于2007年3月獲得授權,改進后的閥板設計讓壓縮機的運行更加高效、穩定。

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