用于公共汽车空调的一种新型压缩机
A new compressor for the air-conditioner in bus
前言 基于从正在使用的10万多台4UFCY至4NFCY（400 – 600ccm）系列的压缩机获得的经验，为中小功率的公共汽车空调系统开发了一种更为经济的压缩机。与摆盘式压缩机相比，这种新型的压缩机具有特别的新颖性和更长的使用寿命。
技术状况 带有尾部发动机的中小型公共汽车市场增长强劲。在这里，有几种空调压缩机解决方案。首先，它们的共同点是压缩机通过皮带由柴油发动机的曲柄驱动。更节省费用的解决方案是采用轿车空调压缩机，比如可通过花费高昂的“双重安装”型式来满足所要求的性能[图（1）]。 图（1）将两台170ccm的轿车压缩机安装在公共汽车上 由于轿车压缩机产量大，因此可以用很低的花费购得它们。但在用于公共汽车方面，轿车压缩机还不能满足要求。公共汽车压缩机的使用寿命需要达到10000小时。同时，在能耗上，轿车压缩机还不能达到公共汽车压缩机常规的水平。通常，轿车压缩机在公共汽车上后使用了一年后，就报废了。与一开始就使用适合公共汽车的压缩机相比，这种作法反而增加了花费。由于压缩机工作时使用了过多的液态制冷剂，造成润滑不足，常使压缩机发生机械故障。制冷剂R134a（四氟化合物）如同溶
剂一般，能将润滑膜冲刷掉。由于在轿车压缩机中，润滑油与制冷剂不能分离，并且没有油的循环时，会导致压缩机过早地遭受损害。而当将轿车压缩机用在轿车上时，制冷剂的充填量小，并且压缩机工作时间短，所以不会发生这样的后果。作为选择，可采用传统的公共汽车使用的较小型空调压缩机[图（2）]。 图（2）将带有跷板、中间轮和发电机的压缩机4UFCY（400ccm）安装在公共汽车上 许多厂商可提供这种具有400或460ccm的压缩机。这种压缩机的压力循环润滑机构通常具备合格的油-制冷剂分离功能。这种压缩机通过一个磁性联轴器来联接和断开，并可达到0.8的等熵效率。这种压缩机能够最好地满足尾部发动机的安装要求。但与轿车压缩机比较，这种压缩机的首次购置成本高。相比采用“双重安装”的轿车压缩机，带联轴器的压缩机会贵很多。因此，人们提出了开发新一代压缩机的要求。在保证其在公共汽车内使用可靠性的同时，这种新一代压缩机的生产成本必须大大降低。
新型F400系列压缩机方案 在开始开发时，有两种考虑：一种考虑是通过新的设计，使活塞工作容积最大达到400ccm，以使购置一台较大型压缩机的基本花费不至太大。另一种考虑是设计一种压缩机，它受油循环的影响小。并且能够在剩余的油变干之前，对其充分加以利用。对于目前设计的压缩机，值得观注的一点是，总是有一定量未使用过的油留在曲柄腔内。这些残余的油不能被油泵抽走，原因是气体已经混入了抽吸的油流内。当前使用的压缩
机的另外一个缺点是，当转速高时会出现输油过度。即使是油泵中安装溢流阀，这种现象也不能完全避免。这些过多输送的油部分达到输送的气流内，从而导致油循环速度加快。这种状况是人们所不愿意看到的。在抽吸了未蒸发的制冷剂时，压缩机润滑不足的风险会加大。那么，应该怎么办呢？润滑方案 采用无泵离心式润滑的压缩机具有最高的可靠性。在这期间，它达到半密封的BITZER压缩机数量份额的50%以上。在这种压缩机取得了巨大的成就之后，出现了这样一个问题，即对于具有可变转速和与用途不相适应转速的汽车压缩机，是否可以用离心式润滑系统来装备。答案是：可以！在转速500到4500min-1的范围里，对新型润滑系统进行了全面的测试。测试结果是，在所有转速范围内，输油速度都足够了，同时过度输油现象也完全得到避免。新型的压缩机配备了油离心机，并且拥有锥形的外壳，这可以使压缩机中剩余的油得到很好的利用，同时保证外壳必要的倾斜度。早在以前，通过将一种旧系列的压缩机改进成当前系列的压缩机后，公共汽车压缩机的用油量就大大降低。当时，在活塞工作容积相同的条件下，压缩机内的容油量从4升降到了2升。但同时也发现了这种技术的一个小缺点，即由于制冷剂的易溶解性，油量本身会带有潜在的风险。用于润滑这种压缩机所需的油量不到0.2升。为了使压缩机内的油循环可靠，在采用抽吸润滑时，需要约0.8升至1升的油。根据油耗和饱合状况，设备中的油所占份额约为0.5升。因此，从根本上讲，
减少油量是值得考虑的，尤其是在能同时减少压缩机的油耗时。当时，对于F400系列，油量再次从2升减少到少于1升。驱动方案当前系列的压缩机可以采用或不采用磁性联轴器。因此，可将磁性联轴器对中心并安装在轴上。当然，这种作法也不只有优点。一方面这种解决方案要求驱动侧轴承[图（3）：圆柱滚子轴承] 尺寸足够大的。无论是在联轴器中，还是在压缩机中，这项费用都太高。此外，当联轴器连上后，联轴器侧的轴承静止不动。由于在轴承的滚动面上可能形成小的凹下部位，加上轴承对振动的敏感性，这种方案会减少轴承的使用寿命。所以，针对F400系列压缩机，BITZER公司与一家生产商共同开发了一种带外壳支撑的联轴器[图（4）]。 图（3）当前压缩机的纵向剖视图 图（4）F400压缩机的剖视图 这种结构并不新颖，它与装有联轴器的轿车压缩机结构相当。通过使用滑动轴承[图（4）]而获得的节约可能性，赋予了这种结构新的意义。
轴的密封 众所周知，在所有公开的压缩机中，轴封是最关键的部件之一，它决定了保养的时间间隔和整个压缩机的漏油率。从根本上讲，所有的滑环密封都有最低的漏油率。从功能原理上讲，这个最低漏油率是必要的，为的是给密封的端面润滑。因此，在经过相对短时间的运行后，可以在轴封处看到漏油现象。这时，就需要采取保养措施。目前的压缩机拥有带毛毡环的集油系统，它能够收集约40ccm的油[图（5）]。 图（5）滑环密封和当前的集油系统
1：毛毡环 2：连接孔 3：环形槽 4：带油栏（虹吸管）的阻断系统 这种压缩机用于公共汽车上的另外一个优势是，通过一个精心制作的隔断系统，防止外界空气进入密封区域。这样做可避免压缩机氧化，从而只需做特别少的保养工作。为了避免在关键工作条件下过早采取保养措施，F400另外带有一个单独封闭的集油室[图（6）]。这个带通风的腔室可以容纳约100ccm的油。在对汽车进行常规保养时，可以通过服务接头将这些收集的油放掉，从而将费用降至最低。 图（6）带集油室的F400压缩机 1：集油室 2：将油放出的服务接头 会造成泄漏的一个不可低估的风险是抽吸未蒸发的制冷剂（液体冲击）。对于通过皮带驱动的压缩机，这会导致高的峰值力矩和轴较剧烈的弯曲。在这种条件下，轴的较剧烈弯曲会造成“非圆形运转”，产生机械性偏差，导致供油不足和滑环密封润滑不充分。在试验台所做的试验证明，在这类情况下，漏油量增加了好几倍。对于F400系列的压缩机，它所采用的驱动方案不是将皮带力传递到轴上，而是将皮带力传递到前部的壳盖上，从而大大避免了压缩机遭受机械性损伤。讫今为止的获得的经验证明，在汽车空调压缩机F400系列压缩机上还没有发现泄漏。整体结构、费用上的优势 如在剖视图中看到的那样，离心式润滑能够大大简化整体结构：不光省掉了带有吸入端 和压出端附属装置的油泵，同时也省掉了整个油槽[图（4）和图（5）]。因此，与现有的产品系列相比，离心式润滑带来了显著的节省，这一点也就让人不感到惊奇了。 安装
可能性 此压缩机的安装尺寸符合VDA的规定，这使它既能够采用通常的下部固定安装方式，也可采和在两个侧面固定的安装方式，比如直接安装在柴油发动机上（优先采用）。尺寸及重量 当前的压缩机系列已经很紧凑和轻巧，要进一步地缩小尺寸和减轻重量必定是困难的。与活塞工作容积相同的4UFCY系列压缩机相比，F400系列压缩机的重量减轻了33%，体积（包括下部安装适配器）减少了约20%。如果能够采用侧面的适配法兰将它直接安装在 柴油发动机上，可更显著地节省安装空间。此外，安装成本也明显降低。与轿车空调压缩机相比，这种新型压缩机的竞争能力也进一步提高。 图（7）带联轴器和VDA安装适配器的F400压缩机 图（8）F400压缩机（左边）与4UFCY（右边）压缩机的尺寸对比 讫今的运行经验和市场导入 试验台试验涉及的转速范围在500至4500min-1之间。新型压缩机表现非常出。与讫今的压缩机系列相比，新型压缩机适合用于更大的转速范围。值得一提的是，这种新型压缩机即是在高转速下运行时，产生的噪声也很小。同时，它们的功率参数和油耗也完全达到了期望值。自2004年6月首次对这种新型压缩机进行现场测试以来，取得了非常满意的试验结果。在继续进行强化试验后，将于2005年初开始批量生产这种新型压缩机。 图（9）首次在一辆8米长的公共汽车里安装F400压缩机
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