淺談汽車空調壓縮機活塞的設計制造

楊 敏 姚漢忠 郭國民

（浙江易鋒機械有限公司，浙江 桐鄉 314512）

1 汽車空調壓縮機活塞概述

1.1 汽車空調壓縮機活塞的工作原理

汽車空調壓縮機在工作過程中需要將汽車車廂中的氣體和外界的其氣體進行轉換，不管是將冷氣轉換成熱氣，還是將熱氣轉換成冷氣，都需要有一個動力裝置作為空調壓縮機運行的基礎，這套動力裝置中所包含的核心部件就是空調壓縮機的活塞。車內外的氣體在流動時，會附帶影響空調壓縮機中的傳感器。靈敏的傳感器獲得的信號后，通過空調壓縮機中的中央控制單元對信號進行分析、計算，控制空調壓縮機的主軸旋轉，接著帶動斜板旋轉。斜板邊緣推動活塞作軸向往復運動。如果斜板轉動一周，與之配合的活塞就會依次完成進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。高速運動的活塞會帶動與活塞相配備的曲柄連桿機構，將活塞的往復運動轉換成與曲柄連桿機構相連的飛輪的旋轉，快速旋轉的飛輪就會按照一定的器械效率將活塞的功率輸出，同時傳遞一定的扭矩，從而帶動空調壓縮機和壓縮機中各個需能部件運作。

1.2 汽車空調壓縮機活塞的發展歷程

作為汽車空調壓縮機中的核心部件，壓縮機活塞在幾十年的應用和發展中經歷了不同的變化和改進。為了使得空調壓縮機的工作更具平穩性和及時性，人們對活塞的形狀和體積進行了不同程度的改變，使其能夠輸出更大的壓力和更高的轉速，并使得壓縮機的工作部件獲得更多的功率。[1]同時，隨著工業設計和制造技術的不斷進步，活塞等部件的生產質量也越來越高，耦合件的精密程度也越來越高，使得活塞在工作過程中獲得更大的動力。由此可以看出，汽車空調壓縮機活塞的發展歷程就是整個社會科學技術發展的歷程。

2 汽車空調壓縮機活塞的設計

2.1 活塞零部件的設計

壓縮機活塞雖然只是壓縮機中一個體積十分小的耦合件，但是其在壓縮機的正常工作工程中卻扮演著重要的角色。由于活塞是在做高速的往復運動，因此它所受到的溫度負荷和機械負荷都很大。由于不同材料和活塞不同部位對溫度的敏感程度不同，同時與活塞相配的零件對活塞的工作條件和工作能力也會造成影響，因此在設計活塞的時候，要充分考慮活塞本身結構和與其相配零件對活塞自身工作的影響，以求在材料的選擇和活塞結構的制造上盡量避免此類問題的出現。作為活塞與連桿的連接部位，活塞銷在活塞運動的時候收到的熱負荷和機械負荷是最大的，因此在活塞銷材料的選擇和外形設計上應當尤為考究。根據現代活塞設計的理念，活塞的結構應該設計成組合式的，因為這種結構形式能夠在最大程度上改善活塞在工作過程中的受力過程，并且能夠優化其受熱結構。同時，也要盡量采用質量較輕但強度很高的材料，延長空調壓縮機活塞的使用壽命。[2]并且，活塞的材料還應該具有溫度變化時，尺寸、形狀變化要小、熱膨脹系數小，比重小，具有較好的減磨性和熱強度的特點，以期使活塞和活塞耦合件之間保持最小的間隙，降低摩擦因素，減少因摩擦而產生大量的熱。

2.2 與活塞工作過程中相配零件的設計

空調壓縮機活塞在工作過程中，需要將大量的工作熱量散發出去，同時還要將活塞的往復式運動變成其他工作部件的其他形式的運動，并把功率和動力最大限度的傳遞出去。其中包含的與活塞相配合的零件各種各樣，其中比較重要的是冷卻系統、潤滑系統和傳動系統。冷卻系統主要保障活塞工作在正常的溫度范圍，同時將多余的熱量散發出去。冷卻系統按所使用的冷卻劑的不同可以分成水冷和油冷。水冷相對于油冷冷卻的速度要快，成本也比較低，但是劇烈的冷卻可能會使得氣缸壁出現龜裂現象；油冷的冷卻效率相對較低，成本也比較高，但是它的使用壽命比較長，并且能夠瞬時地調節活塞溫度的高低。潤滑系統是保證活塞在涌動過程中受到較小的摩擦影響，使活塞的使用壽命延長。在設計潤滑系統的過程中，主要考慮潤滑油路的設計，使得活塞及其相配零件能夠得到充分的潤滑，如果條件允許，也可以將潤滑系統設計成能夠吸收活塞運動時產生的熱量的形式，從另一方面改善活塞的工作條件。

3 汽車空調壓縮機活塞的常見故障及解決方案

3.1 活塞的機械故障

由于壓縮機活塞在工作時做高速的往復運動，期間會由于各種原因產生大量的熱，同時由于壓縮機中的機油等各種化學藥劑的影響，使得活塞工作的條件變得惡劣起來，從而也導致了活塞在工作期間會出現大量的工作故障。其中比較嚴重也是比較常見的機械故障是活塞在工作室中的卡死。由于活塞做高速運動，一旦活塞卡死在工作室中，由于活塞巨大的慣性，會對活塞本身和其所在的工作室造成巨大的破壞。由此導致汽車空調壓縮機不能正常工作，使乘車空間的空氣質量得不到保障。[3]如果這種沖擊比較嚴重，會導致空調壓縮機起火，如果不能及時發現，對車內駕乘人員和車外行人的人身安全都將構成威脅。這種機械故障的出現的原因，首先可能是汽車空調壓縮機的活塞在出廠前的裝配過程中，由于工作人員的疏忽，使得活塞的安裝精度不能滿足其使用要求。再者，就是使用者在使用空調壓縮機時，未能按照說明書上所要求的操作，違規使用，從而造成空調壓縮機活塞的機械故障。也可能是汽車持有者對于汽車的保養工作做得不到位，使得汽車空調壓縮機的工作環境變得十分的惡劣，造成機械故障。

3.2 與壓縮機活塞配合的部件故障

隨著壓縮機輸出功率的不斷提高，活塞承受的熱應力與機械應力也相應上升，與此相配的部件也會因此受到很大的損害。由于活塞工作氣缸設計和材料選擇的不合理，同時冷卻系統不能保證活塞工作時產生熱量不能及時散發出去時，活塞的工作氣缸會出現龜裂、膨脹過度等影響活塞正常工作的故障。再者，壓縮機在工作了很長時間后，其配件會或多或少的損壞，如果這種損壞不能及時修復，也會造成比較嚴重的問題出現。例如，壓縮機中的潤滑油一旦泄露到活塞的工作室內，由于室內的熱量而極具膨脹，輕則使得活塞不能正常的工作，重則導致活塞工作室的爆炸，使得壓縮機報廢。活塞與外部工作零件的傳動系統有時也會出現卡死和由于過度磨損而松動的現象，這樣會使得活塞的工作效率下降，壓縮機沒有豬狗的動力帶動，也就不能滿足汽車室內空氣質量的正常調節。

4 結語

汽車空調壓縮機作為汽車空調系統的重要部件，是保證駕乘空間舒適度的重要機構。壓縮機活塞是汽車空調壓縮機的核心部件，在長期是使用過程中，活塞會出現很多問題和故障，如果不能及時的發現和修復這些故障和問題，就會對壓縮機的正常工作造成影響。因此，車主在汽車的日常使用過程中，要額外關注汽車空調壓縮機的運行情況，以期及時的發掘汽車壓縮機中各個零部件的問題，特別是壓縮機活塞這種比較重要的部件。對于壓縮機活塞的制造廠家，也應該在活塞的設計制造中嚴謹仔細，開拓創新，使得制造出來的活塞能夠滿足工作的需要，同時還保障長久的工作壽命，給駕乘人員更好的舒適度。

［1］陳金豹.汽車空調制冷系統的常見故障和維修[J].科技信息,2011,14:144-146.

［2］傅琦.汽車空調壓縮機壽命試驗臺設計研究[J].汽車技術,2013:24-28.

［3］聶堯.汽車空調故障診斷實例分析[J].汽車電器,2012:77-81.