汽车空调可变排量压缩机结构原理
内容简介：传统的压缩机排量是固定不变的，而现在许多新式空调系统采用了可变排气量的压缩
机。在空调系统工作时，改变压缩机的排气量可以改变制冷量。
轿车空调压缩机是由发动机直连驱动的，对于定排量压缩机汽车空调系统，用蒸发器
出风温度来控制压缩机电磁离合器吸合或脱离，用间歇运行来控制系统制冷能力和车内空
调负荷相适应。这种控制方式除了车内空调温度波动大，系统的频繁开停的不可逆损失使系
统能耗增加等缺点外，最大的一个问题是压缩机的周期性离合对汽车发动机引起的干扰，
这种情况在汽车发动机容量较小时显得更为突出。为了解决这个问题，变排量压缩机应运而
生。
所谓的变排量压缩机，结构是基于传纺的斜盘式或摇板式压缩机，传统的斜盘式或摇板
式压缩机中，斜盘或摇板的偏转角度是固定不变的，即活塞的最大行程是固定的。而升级为
可变排量压缩机后，调节斜盘或摇板的角度，从而调节活塞的最大行程，改变压缩机的排
气量。
相对于传统的定排量压缩机系统，需要有在压缩机前端安装电磁离合器控制压缩机间歇
工作，以调节制冷量。可变排理压缩机取消了电磁离合器，通过活塞行程的无级连续调节，
调节制冷量。，车内环境热舒适性好，降低能耗！
三电可变排量压缩机
可变排量压缩机变排量的控制方式有两种：一种是机械式可变排量，即在压缩机内部有
调节阀，依据空调的管路压力自适应的改变压缩机的排量；另一种是电控可变排量，在原机
械调节阀的基础上增加了一个电磁调节阀，空调控制单元从蒸发器出风温度传感器获得信
号，对压缩机的功率进行无级调节。
可变排量压缩机结构图
注意三个压力：一个是压缩机的吸入低压的制冷剂；另一个是压缩机排出的高压制冷剂；
第三个是斜盘或摇板所在的曲轴箱的压力；这个曲轴箱内的压力基本是大于或等于压缩机的
吸入压力，而远小于压缩机的排气压力。
控制阀用于调节曲轴箱内的压力，当曲轴箱压力等于压缩机的吸气压力时，压缩机处于
最大排量；当控制曲轴箱压力高于吸气压力后，斜盘或摇板角度减小，压缩机的排量减小。
可变排量压缩机工作原理图
控制阀由机械元件和电磁单元组成。机械元件按照低压侧的压力关系借助于一个位于控
制阀低压区的压力敏感元件来控制调节过程。电磁单元由操纵和显示单元通过500Hz的通
断频率进行控制。
电控可变排量压缩机在无电流的状态下，调节阀阀门开启，压缩机的高压腔和压缩机曲
轴箱相通，高压腔的压力和曲轴箱的压力达到平衡。满负荷时，阀门关闭，曲轴箱和高压腔
之间的通道被隔断，曲轴箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至排量达到100%；关掉空
调或所需的制冷量较低时，阀门开启，曲轴箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度
减小直至排量低于2%。当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向
下移动，使得高压腔和曲轴箱被进一步隔离，从而使压缩机达到100%的排量。当系统的吸
气压力特别低时，压力元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和曲轴
箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。
新结构皮带轮离合器,电控调节变排量压缩机采用了新结构皮带轮。皮带盘由皮带轮和
随动轮组成，通过一橡胶元件将皮带轮和随动轮有力地连接起来。当压缩机因损坏而卡死时，
随动轮和皮带轮之间的橡胶元件的传递力急剧增大，皮带轮在旋转方向将橡胶元件挤压到卡
死的随动轮上，橡胶元件产生变形，对随动轮产生的压力增大，随动轮随之产生变形直至随
动轮和皮带轮之间脱离连接，从而避免了皮带传动的损坏。
随动轮的变形量取决于橡胶元件温度的高低，橡胶元件的弹性取决于结构件的温度。由于橡
胶元件和随动轮的形变，避免了发动机皮带传动的损坏，同时防止了诸如水泵和发电机的损
坏，起到了动力的过载保护的作用。
电控调节的变排量压缩机的优点：压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性；通过
调节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹配，减少了再加热过程，使出风口的
温度、湿度恒定调节；由于排量可以降低到近0%，省去离合器的电磁线圈和减少皮带轮质
量可使质量减轻20%(约500～800g)；压缩机的功率消耗下降，燃油消耗下降；新结构的皮
带轮用于皮带传动和空调压缩机之间的力传递，消除了扭矩波动并同时起到过载保护的作
用。
1960年美国人P.B.Loomis申请了可变角度摇板的专利。二十多年后，美国GM公司Harrison
散热器部(现在的DelphiAutomotivesystems公司)于1983年研制成功了首台无级变排量
摇板式压缩机----V5变排量压缩机，并于1985年8月在高级轿车上使用
它共有5个气缸，是摇摆斜盘结构，其中摇摆斜盘用双向球形连杆与活塞连接，它的基
本元件主要有轴和驱动凸耳部件、滑动轴套、旋转轴颈、和将轴劲旋转运动转换成活塞直线
运动的摇板等。内部控制阀在压缩机的后盖中，它主要由锥阀和球阀构成；锥阀控制摇板箱
与吸气腔（波纹管室）之间的通道，球阀控制排气腔与摇板箱之间的通道，锥阀和球阀通过
阀杆建立联系，从而使两个阀的开度呈互补关系；排气压力影响控制阀设定值的变化，承受
着排气压力的升高，设定值降低；吸气压力与设定值比较,推动控制阀杆运动，改变锥阀和
球阀的开度，进而改变摇板箱与排气腔间及其摇板箱与吸气腔间的流通阻力从而改变摇板箱
压力与吸气压力之差；该压力差推动摇摆斜盘的倾斜角的变化，从而改变压缩机制活塞行程，
使压缩机的排量改变。可见V5变排量压缩机根据车内负荷变化改变空调系统的制冷量，改
变了传统的离合器启闭压缩机的调节方式，实现了系统平稳连续运行，不会引起汽车发动机
周期性的负荷变化。但是其空调系统仍保留了电磁离合器，在汽车空调系统停止使用时离合
器脱离可以使压缩机停止运转，这样压缩机为部分连续运转。V5变排量压缩机的最大排量
为156cm3，最小排量为10cm3，即最小排量可以降到最大排量的6%。
1985年日本Sanden公司开始开发摇板式变排量压缩机，图3为该公司推出的SDV710变
排量压缩机结构，该压缩机是以技术成熟的定排量压缩机SD7系列为基础根据变排量原理研
制而成。与V5机型相比，简化了变摇板角度机构和摇板防旋转机构，且内部控制阀的结构
和控制原理也不同。排气通过一个固定管径的节流短管从排气腔到摇板箱，从而改善了低排
量情况下的控制阀的动作反应。内部控制阀安装在阀板的中心（见图4），波纹管伸缩由摇
板箱压力控制，控制阀的开关受波纹管（即摇板箱压力Pc）、排气压力Pd、以及吸气压力
Ps共同作用的控制。采用排气压力推杆可以调节波纹管阀的开阀压力，这样可以补偿大负
荷时压缩机吸入管道的压力降增大引起的蒸发温度增高，使蒸发温度保持一个合适的温度。
SDV710变排量压缩机最大排量161cm3，摇板角度可以从1.5°到24°，使排量从6%到100%
变化。
另外，日本柴油机器公司等其他公司也生产变排量摇板式压缩机。
日本电装公司1983 年研制成10P-V 型两级变容量10 缸机，该压缩机是各有相同的气缸布置
在斜板两侧，即为双作用型式。可以通过打开后部气缸的排气阀，使排气腔与吸气腔相通，
以此实现 50%的气缸卸载。该机可实现 50%载荷下起动，并可在高速下节能 30%。1983
年8 月以后开始用在Toyota 轿车上。
Ｄenso 公司开发了７ＳＢ１６斜板式变排量压缩机，其结构见图５。这种压缩机只在一
侧布置气缸，为单作用型式。在主轴上装有回转斜板，当主轴旋转时，斜板回转，通过滑盘
推动活塞作往复运动。变排量原理同摇板式变排量压缩机，即仍是利用斜板箱压力与吸气压
力之差推动斜板的倾斜角的变化，从而改变压缩机的活塞行程，使压缩机的排量改变。内部
控制阀结构与V5 变排量压缩机类似。
可变排量压缩机最新进展
CVC 压缩机
CVC（Compact Variable Compressors）压缩机是近两年Delphi Automotive systems 公司
推出的新一代变排量压缩机，现在法国、匈牙利、日本、美国和巴西均有厂家生产，使用用
户有Opel、Nissan、BMW、Volkswagen、Renault 等。
图6 为CVC 斜板式变排量压缩机结构。这种压缩机也是单作用型式，变排量原理同摇板式变
排量压缩机，内部控制阀结构与V5 变排量压缩机类似。该压缩机采用斜板机构的简谐运动，
优化了吸排气口布置，采用了低噪音离合器，降低了振动和噪声。由于压缩机性能和控制得
到改善，使得CVC压缩机使用转速比原变排量压缩机提高了15%，连续最大转速为8000r/min，
短时最大转速可达9200r/min。该机型结构紧凑，具有目前最高的压缩机单位质量和单位体
积排气量，对于越来越紧凑化汽车的用户提供了较大的使用可能性。据称Delphi Automotive
systems 公司近几年要在美国用CVC 压缩机来替代V5、V6、V7 摇板式变排量压缩机。
CVC 斜板式变排量压缩机目前共有 4 个规格：CVC125、CVC135、CVC165 和 CVC185，其
中VCV125 和CVC135 是6 缸机CVC165 和CVC185 是7 缸机，最小排量可达7cm3
外部控制变排量压缩机
世界首台外部控制变排量压缩机6SE12 于1999 年在Denso 公司产生。6SE12 压缩机
基于传统的内部控制斜板式变排量压缩机7SB16，为单作用斜板式压缩机（见图7）。它采
用外部控制阀（见图8），由外部电信号来控制压缩机的排量。内部控制变排量压缩机用内
部控制阀使吸气压力保持在一个较低的恒定温度（一般保持蒸发温度为0℃），往往用再热
方式提高送风温度来保持车内的舒适性。而外部控制变排量压缩机汽车空调系统根据环境温
度、发动机转速、太阳辐射强度、车内温度、送风温度、送风风流以及空调模式设定等参数
由汽车的控制板或者计算机来确定控制信号，再由外部（电磁）控制阀来控制压缩机合适的
排量（见图9），这样可以根据当时的冷负荷情况确定一个合适的吸气压力，不需要再热，
因此达到节能的目的。
该机型可以使排量最小变化到零，所以不需要电磁离合器对系统开启和停止，因此采用
结构简单的新型阻尼限幅皮带轮取代原来的电磁离合器皮带轮（图7），去掉了原来的电磁
线圈，减轻了压缩机重量。但是这样不论汽车空调系统是开还是关，压缩机一直随发动机一
起运转，为全部连续运转。针对这种情况，该压缩机在轴封结构和材料上进行了改进，使得
该压缩机全部连续运行时轴封使用寿命和传统变排量压缩机部分连续运行时使用寿命相同。
