佟林、李胡廣、魏王睿、徐明、金永鎮(zhèn)、唐昌武

（一汽轎車股份有限公司 130000）

0 引言

壓縮機(jī)是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟，是維持制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動的動力來源。渦旋壓縮機(jī)作為第四代壓縮機(jī)，在汽車空調(diào)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，是一款比較理想的壓縮機(jī)，在制冷與空調(diào)領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。渦旋壓縮機(jī)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的新型壓縮機(jī)，具有效率高、能耗小、零件少、結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)等特點[1-3]。

渦旋式壓縮機(jī)由兩個渦旋盤組成可壓縮容積，一個為靜渦旋盤，另一個為動渦旋盤。兩個渦旋盤呈偏心回轉(zhuǎn)平動的漸開線運動，運動形式相對復(fù)雜，所以渦旋壓縮機(jī)對加工精度要求非常高，渦旋壓縮機(jī)在工作過程中存在較多的摩擦副，這些摩擦副需要很高的加工精度及良好的潤滑才能保證其運行的可靠性，渦旋盤之間的磨損問題一直作為其主要失效模式，是售后市場較難解決的問題之一。

1 故障件拆解

本文針對某車型50份售后故障件進(jìn)行了拆解，其中32輛因不同程度地磨損而失效（圖1），故障率64%。通過對磨損位置的對比，發(fā)現(xiàn)27臺壓縮機(jī)均在動渦旋盤相同位置有磨損，經(jīng)過分析，磨損位置處于整車裝配條件下，壓縮機(jī)受皮帶作用力方向上，磨損故障率85%。

2 原因分析

根據(jù)發(fā)動機(jī)輪系載荷曲線，模擬整車運行工況，壓縮機(jī)皮帶輪受到皮帶施加的載荷最大值為2 400 N。以上述載荷作為輸入條件，對動渦旋盤變形量進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明，動渦旋盤邊緣最大變形量為0.011 mm。

圖1 磨損件拆解圖片

圖2 動渦旋盤與靜渦旋盤摩擦面間隙分布

上述變形量有可能導(dǎo)致動渦旋盤與靜渦旋盤型線端面非耐磨片覆蓋位置直接接觸，高速運行時產(chǎn)生高溫粘蝕。

為了驗證上述猜測，在渦旋壓縮機(jī)生產(chǎn)線上，抽取60個下線樣件，測量動靜渦旋盤之間的間隙。測量結(jié)果為，有2個壓縮機(jī)動靜渦旋盤之間的空隙小于0.011 mm，即這兩個壓縮機(jī)樣件，在2 400 N載荷作用下可能發(fā)生磨損（圖2）。

為了驗證猜測的正確性，針對上述2個間隙小于0.011 mm的樣件，進(jìn)行實驗驗證。具體方法如下：在靜渦旋盤型線端面上涂抹紅色油漆。裝配后，模擬壓縮機(jī)整車受力方向，施加2 400 N載荷，靜置10 min后拆解，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)動渦旋盤摩擦面上沾有紅色油漆。油漆沾染位置與售后件磨損位置相同，即證明猜測正確。

綜上，通過理論計算及模擬試驗，均證明了該車型壓縮機(jī)磨損真因：動靜渦旋盤端面間隙控制下限過小，低于壓縮機(jī)受整車輪系最大載荷要求的最小安全間隙，導(dǎo)致動靜渦旋盤間隙在公差下限的樣件，處于極端工況 （承受2 400 N的載荷） 時發(fā)生接觸磨損。

3 解決方案

將動靜盤端面間隙控制范圍由0.008～0.044 mm增大到0.016～0.054 mm，增加動靜盤型線端面距離可能帶來高低壓側(cè)竄氣，導(dǎo)致制冷性能下降。接下來，進(jìn)行壓縮機(jī)單體性能試驗，以及160 h的高溫高壓高轉(zhuǎn)速試驗用于驗證其可靠性。在三高試驗后，再次進(jìn)行單體性能試驗，性能滿足要求，經(jīng)過上述驗證后，可以判定，增加動靜盤型線端面間隙不會帶來性能降低風(fēng)險，措施可以實施。

同時，渦旋盤型線端面增加C0.15 mm倒角。該措施可以避免渦旋盤相對運動過程中將潤滑油膜刮掉，增加了儲油空間，降低磨損風(fēng)險，此為對標(biāo)電動壓縮機(jī)渦旋盤端面結(jié)構(gòu)制定的措施。為避免極端工況對壓縮機(jī)造成的損害，針對該款空調(diào)壓縮機(jī)增加了感溫包和泄壓閥。

3.1 感溫包的應(yīng)用

當(dāng)渦旋壓縮機(jī)工作時，外圍是吸氣區(qū)，溫度較低，中心區(qū)是排氣區(qū)，溫度較高。一般工作條件下，中心區(qū)與外圍區(qū)約有60℃的溫差，中心區(qū)相對于外圍區(qū)有約0.060 mm的膨脹增高，壓縮機(jī)在制造時已經(jīng)事先將中心區(qū)域進(jìn)行了0.060 mm的降低，以抵消膨脹帶來的增高。但如果壓縮機(jī)在汽車爬長坡等發(fā)動機(jī)速度高，前端迎面風(fēng)很小，散熱不好的情況工作時，排氣壓力就會升的很高，排氣溫度很高，中心區(qū)和外圍的溫差可能超過60℃，所以當(dāng)壓縮機(jī)的后殼體溫度升到135℃時，安裝在殼體上的感溫包就會切斷離合器，使壓縮機(jī)停止工作，避免壓縮機(jī)中心區(qū)熱膨脹過度而發(fā)生粘連。當(dāng)殼體溫度低于105℃時，感溫包復(fù)位，離合器重新吸合，壓縮機(jī)重新工作。

圖3 整改方案驗證

3.2 泄壓閥的應(yīng)用

雖然一般空調(diào)系統(tǒng)會在管路上安裝壓力開關(guān)，但如果堵塞點在壓力開關(guān)的前端，或者壓力開關(guān)失效，壓縮機(jī)后部的壓力值就會持續(xù)升高，直到有一個部件炸裂，將壓力釋放。所以SAE(美國汽車工程師協(xié)會） J639-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，壓力系統(tǒng)上要配備泄壓裝置，動作壓力要小于4.136 MPa，通常是在壓縮機(jī)上加裝卸荷閥。

4 效果驗證

4.1 臺架驗證

方案確定后，按照下公差制作樣件，使動靜渦旋盤端面間隙為0.016 mm，同之前的驗證方法，在靜渦旋盤型線端面上涂抹紅色油漆。裝配后，按整車受力方向施加2 400 N載荷，靜置10 min后，對樣件進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)動渦旋盤摩擦面上未沾染紅色油漆（圖3）。表明調(diào)整后的動靜渦旋盤間隙控制范圍滿足要求。

4.2 售后表現(xiàn)

方案體現(xiàn)后，跟蹤售后市場表現(xiàn)，12mis下降75.6%，效果顯著，進(jìn)一步證明改善措施的有效性。

5 拓展

本案例中，因為輪系方案已定，只能通過優(yōu)化壓縮機(jī)，實現(xiàn)壓縮機(jī)磨損風(fēng)險降低。本案例中的同款壓縮機(jī)應(yīng)用到另一個新開發(fā)車型上，由于該車型采用了超越皮帶輪，使輪系給壓縮機(jī)的力，大幅度減少，載荷峰值由2 400 N降低到1 500 N。我們采用了上文所述的方法進(jìn)行了驗證，即使不增加動靜渦旋盤的間隙，也不會有磨損發(fā)生。

6 結(jié)論

本文闡述了某車型渦旋壓縮機(jī)磨損問題的排查過程。結(jié)果表明，處理渦旋壓縮機(jī)的售后問題，既要排查壓縮機(jī)制件質(zhì)量，還應(yīng)結(jié)合其整車裝配環(huán)境及受力情況進(jìn)行深入分析。有條件的情況下，整車輪系應(yīng)盡量應(yīng)用超越皮帶輪，使輪系受力大幅度降低，提升輪系可靠性，也能保證壓縮機(jī)的渦旋盤受力變形量的降低，規(guī)避因變形產(chǎn)生的干涉風(fēng)險。渦旋壓縮機(jī)的動靜盤間隙控制范圍應(yīng)根據(jù)整車輪系計算結(jié)果進(jìn)行設(shè)定，務(wù)必保證間隙下限大于其承受最大載荷時的變形量。渦旋盤型線端面增加C0.15 mm倒角，對于提升渦旋壓縮機(jī)內(nèi)部潤滑效果起到顯著作用，可以有效降低內(nèi)部磨損風(fēng)險。