浅谈汽车空调压缩机活塞的设计制造

杨 敏 姚汉忠 郭国民

（浙江易锋机械有限公司，浙江 桐乡 314512）

1 汽车空调压缩机活塞概述

1.1 汽车空调压缩机活塞的工作原理

汽车空调压缩机在工作过程中需要将汽车车厢中的气体和外界的其气体进行转换，不管是将冷气转换成热气，还是将热气转换成冷气，都需要有一个动力装置作为空调压缩机运行的基础，这套动力装置中所包含的核心部件就是空调压缩机的活塞。车内外的气体在流动时，会附带影响空调压缩机中的传感器。灵敏的传感器获得的信号后，通过空调压缩机中的中央控制单元对信号进行分析、计算，控制空调压缩机的主轴旋转，接着带动斜板旋转。斜板边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜板转动一周，与之配合的活塞就会依次完成进气、压缩、做功、排气四个行程。高速运动的活塞会带动与活塞相配备的曲柄连杆机构，将活塞的往复运动转换成与曲柄连杆机构相连的飞轮的旋转，快速旋转的飞轮就会按照一定的器械效率将活塞的功率输出，同时传递一定的扭矩，从而带动空调压缩机和压缩机中各个需能部件运作。

1.2 汽车空调压缩机活塞的发展历程

作为汽车空调压缩机中的核心部件，压缩机活塞在几十年的应用和发展中经历了不同的变化和改进。为了使得空调压缩机的工作更具平稳性和及时性，人们对活塞的形状和体积进行了不同程度的改变，使其能够输出更大的压力和更高的转速，并使得压缩机的工作部件获得更多的功率。[1]同时，随着工业设计和制造技术的不断进步，活塞等部件的生产质量也越来越高，耦合件的精密程度也越来越高，使得活塞在工作过程中获得更大的动力。由此可以看出，汽车空调压缩机活塞的发展历程就是整个社会科学技术发展的历程。

2 汽车空调压缩机活塞的设计

2.1 活塞零部件的设计

压缩机活塞虽然只是压缩机中一个体积十分小的耦合件，但是其在压缩机的正常工作工程中却扮演着重要的角色。由于活塞是在做高速的往复运动，因此它所受到的温度负荷和机械负荷都很大。由于不同材料和活塞不同部位对温度的敏感程度不同，同时与活塞相配的零件对活塞的工作条件和工作能力也会造成影响，因此在设计活塞的时候，要充分考虑活塞本身结构和与其相配零件对活塞自身工作的影响，以求在材料的选择和活塞结构的制造上尽量避免此类问题的出现。作为活塞与连杆的连接部位，活塞销在活塞运动的时候收到的热负荷和机械负荷是最大的，因此在活塞销材料的选择和外形设计上应当尤为考究。根据现代活塞设计的理念，活塞的结构应该设计成组合式的，因为这种结构形式能够在最大程度上改善活塞在工作过程中的受力过程，并且能够优化其受热结构。同时，也要尽量采用质量较轻但强度很高的材料，延长空调压缩机活塞的使用寿命。[2]并且，活塞的材料还应该具有温度变化时，尺寸、形状变化要小、热膨胀系数小，比重小，具有较好的减磨性和热强度的特点，以期使活塞和活塞耦合件之间保持最小的间隙，降低摩擦因素，减少因摩擦而产生大量的热。

2.2 与活塞工作过程中相配零件的设计

空调压缩机活塞在工作过程中，需要将大量的工作热量散发出去，同时还要将活塞的往复式运动变成其他工作部件的其他形式的运动，并把功率和动力最大限度的传递出去。其中包含的与活塞相配合的零件各种各样，其中比较重要的是冷却系统、润滑系统和传动系统。冷却系统主要保障活塞工作在正常的温度范围，同时将多余的热量散发出去。冷却系统按所使用的冷却剂的不同可以分成水冷和油冷。水冷相对于油冷冷却的速度要快，成本也比较低，但是剧烈的冷却可能会使得气缸壁出现龟裂现象；油冷的冷却效率相对较低，成本也比较高，但是它的使用寿命比较长，并且能够瞬时地调节活塞温度的高低。润滑系统是保证活塞在涌动过程中受到较小的摩擦影响，使活塞的使用寿命延长。在设计润滑系统的过程中，主要考虑润滑油路的设计，使得活塞及其相配零件能够得到充分的润滑，如果条件允许，也可以将润滑系统设计成能够吸收活塞运动时产生的热量的形式，从另一方面改善活塞的工作条件。

3 汽车空调压缩机活塞的常见故障及解决方案

3.1 活塞的机械故障

由于压缩机活塞在工作时做高速的往复运动，期间会由于各种原因产生大量的热，同时由于压缩机中的机油等各种化学药剂的影响，使得活塞工作的条件变得恶劣起来，从而也导致了活塞在工作期间会出现大量的工作故障。其中比较严重也是比较常见的机械故障是活塞在工作室中的卡死。由于活塞做高速运动，一旦活塞卡死在工作室中，由于活塞巨大的惯性，会对活塞本身和其所在的工作室造成巨大的破坏。由此导致汽车空调压缩机不能正常工作，使乘车空间的空气质量得不到保障。[3]如果这种冲击比较严重，会导致空调压缩机起火，如果不能及时发现，对车内驾乘人员和车外行人的人身安全都将构成威胁。这种机械故障的出现的原因，首先可能是汽车空调压缩机的活塞在出厂前的装配过程中，由于工作人员的疏忽，使得活塞的安装精度不能满足其使用要求。再者，就是使用者在使用空调压缩机时，未能按照说明书上所要求的操作，违规使用，从而造成空调压缩机活塞的机械故障。也可能是汽车持有者对于汽车的保养工作做得不到位，使得汽车空调压缩机的工作环境变得十分的恶劣，造成机械故障。

3.2 与压缩机活塞配合的部件故障

随着压缩机输出功率的不断提高，活塞承受的热应力与机械应力也相应上升，与此相配的部件也会因此受到很大的损害。由于活塞工作气缸设计和材料选择的不合理，同时冷却系统不能保证活塞工作时产生热量不能及时散发出去时，活塞的工作气缸会出现龟裂、膨胀过度等影响活塞正常工作的故障。再者，压缩机在工作了很长时间后，其配件会或多或少的损坏，如果这种损坏不能及时修复，也会造成比较严重的问题出现。例如，压缩机中的润滑油一旦泄露到活塞的工作室内，由于室内的热量而极具膨胀，轻则使得活塞不能正常的工作，重则导致活塞工作室的爆炸，使得压缩机报废。活塞与外部工作零件的传动系统有时也会出现卡死和由于过度磨损而松动的现象，这样会使得活塞的工作效率下降，压缩机没有猪狗的动力带动，也就不能满足汽车室内空气质量的正常调节。

4 结语

汽车空调压缩机作为汽车空调系统的重要部件，是保证驾乘空间舒适度的重要机构。压缩机活塞是汽车空调压缩机的核心部件，在长期是使用过程中，活塞会出现很多问题和故障，如果不能及时的发现和修复这些故障和问题，就会对压缩机的正常工作造成影响。因此，车主在汽车的日常使用过程中，要额外关注汽车空调压缩机的运行情况，以期及时的发掘汽车压缩机中各个零部件的问题，特别是压缩机活塞这种比较重要的部件。对于压缩机活塞的制造厂家，也应该在活塞的设计制造中严谨仔细，开拓创新，使得制造出来的活塞能够满足工作的需要，同时还保障长久的工作寿命，给驾乘人员更好的舒适度。

［1］陈金豹.汽车空调制冷系统的常见故障和维修[J].科技信息,2011,14:144-146.

［2］傅琦.汽车空调压缩机寿命试验台设计研究[J].汽车技术,2013:24-28.

［3］聂尧.汽车空调故障诊断实例分析[J].汽车电器,2012:77-81.