汽车空调转弯构件改放量空压机用电扼制的必要技能

　　1对压缩机的排气量进行较为灵活的控制，从而实现对能量的管理和调节，电控阀的技术较为先进，涉及面广，涉及电子控制、电磁铁吸合，气路和阀口设计、受力平衡、压缩机动态响应等关键技术，拥有其技术的厂家少，公开的文献和资料就更少，国内2家引进的外部控制压缩机所需的控制阀完全依赖于进口，电控阀已成为影响压缩机成本和产能的重要瓶颈口，所以对其进行深入研究具有重要的实用价值和战略意义。

　　2变排量压缩机和电控阀的工作原理

　　旋转斜盘变排量压缩机主要由往复运动的活塞、带动活塞运动的斜盘和一套绞接机构组成，斜盘的角度决定着活塞的行程和排气量，当斜盘腔压力Pc增加时，对绞支点产生的力矩使斜盘角度减小，当P c压力减少时，斜盘角度加大，也就是说可以通过控制斜盘腔压力，就可以控制斜盘的角度，进而实现对压缩机排气量的调节。

　　而如何控制斜盘腔压力，其关键就在于电控阀，通常电控阀主要由阀口、感压元件（波纹管）、电磁铁（线圈和动静铁芯）等主要部分组成。电控阀的感压元件一般感受吸气压力，阀口加工在阀杆上，在排气腔P d与斜盘腔Pc之间的通道上进行开关控制，阀杆的两端分别与动铁芯和波纹管相连，阀杆上有复位弹簧，当线圈通电后，动铁芯就产生向阀口关闭方向移动的趋势，当蒸发温度高时，蒸发压力也高，波纹管收缩，于是在波纹管和动铁芯共同作用下迫使阀口关闭，由于斜盘腔与吸气腔之间存在常通节流孔，所以斜盘腔压力Pc将下降，引起排气量增大；反之，当蒸发温度低时，波纹管受内部弹簧力作用而膨胀，阀口打开，当冷媒通过阀口从排气腔流向斜盘腔的流量大于冷媒通过常通节流孔从斜盘腔流向吸气腔的流量时， Pc压力提高，且阀口流量越大，压力上升越快，压缩机向小角度方向调整的响应速度越快。

　　由此可见电控阀就是根据以上电流和蒸发压力的原理来实现排气量和温度调节的目的。

　　3阀的受力分析与平衡方程

　　由以上分析知，阀的动作关键在阀口或阀杆的动作，其动作的驱动力主要取决于电磁力和波纹管力，为进一步精确分析其相互关系，在阀口关闭的临界点上，根据杆和波纹管的力平衡方程可见，电控阀的动作压力与电磁力为线性关系。

　　控制压缩机的标准，此标准要求电控阀阀口动作压力与电流的控制特性曲线如所示，它是由一系列的特征点组成的近似直线，由可见此特性曲线要求动作压力与电流基本成线性关系。

　　根据式所表明的电控阀的动作压力与电磁力为线性关系的特点，可以推断只有当电磁力与电流为线性或近似线性关系时，才能满足VDA控制特性曲线的要求。为此不妨假设：

　　F e = K e I

　　式中K e电磁力系数同时考虑斜盘腔和吸气腔之间节流小孔引起的压差的范围为0. 0 6MPa左右，即P c - P s = 0. 06M Pa，并且S 00 S 30则平衡方程说明：当电磁力与电流为近似线性时，动作压力与电流能满足控制曲线的线性关系要求。

　　电磁力和感压元件的面积是决定平衡方程斜率的关键因素，与弹簧力、感压元件膨胀力、排气腔和斜盘腔压力无关。

　　如要满足VDA控制曲线（近似直线）斜率要求，不妨设控制曲线斜率为K z =常数，则平衡方程中的斜率应满足- K e S 0 - S 00 + S 30 K e S 0 = K z =常数，这将意味着电磁力系数与感压元件的面积的比值为常数，或者说，当感压元件选定后，电磁力就决定了；当电磁力设计好后，感压元件的面积也是**的；只有当电磁力与感压元件的面积满足- K e S 0 - S 00 + S 30 K e S 0 =K z的匹配条件时，平衡方程所决定的直线将与控制曲线趋势一致，保持平行。

　　要使平衡方程与控制曲线重合，或截距相等，可通过调节弹簧力、感压元件内弹力的预压缩量来控制。实际上由于感压元件面积S 0相对较大，行程L相对较小，压力范围P s较大，所以感压元件的刚度K BB= S0Ps / L相对较大，对阀杆力的贡献较大，用于调节设定点（截距）时，效果相对明显，电控阀就是通过调节感压元件的预压缩量来控制设定点的。

　　对动作压力而言，阀杆和阀口的尺寸不宜过大，有利于减少斜盘腔压力P c对动作压力的干扰。

　　由于波纹管面积与直径成平方关系，即S 0=r2 /4，而电磁力与电流近似为线性关系，所以波纹管直径对动作压力曲线斜率的影响相对明显，或者说，波纹管直径的精度不宜太低。

　　对压缩机整机，当阀口动作后，压缩机吸气口压力变化的响应速度，还要取决于阀口流量的大小，根据节流孔板的流量公式：

　　Q = F 0 < 2（P d - P c） /？> 1/ 2

　　式中Q体积流量流量系数

　　流束膨胀系数F 0流通面积？

　　流体的密度流通面积在行程较大时，主要受限于阀座内圆面与阀杆外圆面组成的圆环面积，即F 0 =（D 2 01 - D 2 02），行程大小对流量基本无影响；在行程较小时，主要受限于阀口端面与行程组成的圆环面积，即F 0 = D 01 L，式中L行程D 01阀座内圆面直径D 02阀杆外圆面直径以上流量与流通面积公式说明：

　　（ 1）由于控制阀流量不大，所以一般行程不大；（ 2）由于在大行程时，流通面积取决于阀口尺寸，为常数，与行程无关，所以行程设计不宜过大，否则出现不可控区；（ 3）控制阀流量受行程、阀杆和阀口直径的影响，由于阀口一般在小行程范围内工作，所以当阀口尺寸确定后，行程是影响流量的主要因素，或者说行程将取决于流量和阀口尺寸；（ 4）就是一个典型电控阀流量与行程的实际测量结果，说明以上结论基本正确。

　　4关键零部件设计技术及分析

　　由以上分析知，感压元件和电磁铁是决定电控阀动作特性曲线的两个关键，所以本文主要研究此两个零件的设计。

　　感压元件的结构型式一般为波纹管或膜片，当然也可直接采用活塞，膜片的成本相对较低，但其变形量相对较小，且不同部位的变形量还有所区别，在相同行程的条件下，其直径相对较大。波纹管一般容易作为一个独立的部件进行制造和采购，使用上较方便。活塞结构简单，但对加工精度要求高，否则将影响其工作。

　　波纹管和膜片背面一般都为真空，有利于减少温度对感压元件内部介质的的影响，使控制阀感受的仅仅只是蒸发压力的大小，从而间接实现对蒸发温度的控制，由于内部为真空，为便于波纹管的回复，波纹管内设有复位弹簧，其刚度和变形量设计可根据平衡方程结论4的分析进行设计，刚度一般为20 50N /mm.

　　感压元件变形的行程首先要满足阀口流量的行程要求，同时还要考虑波纹管将经历从抽真空到充注高压到运行低压和吸气压力脉动等压力大范围交变状态，为避免波纹管的疲劳和变形失效，波纹管在压缩过程中内部设置有行程挡块进行限位，在膨胀过程中，通过减少封装时的预压缩量来进行间接的限位，所以其行程一般为0 2mm.

　　感压元件的自由长度，一般为6 20mm，主要考虑受力后每个环和内部弹簧的变形量，要有助于减少内部应力和刚度控制，避免过度疲劳，提高可靠性。

　　事实上波纹管内部的真空度和行程控制非常重要，如控制不当，则波纹管在压缩机出厂检测时就可能失效了。

　　感压元件的直径，主要是根据平衡方程结论3的分析来进行与电磁力的匹配，如感压元件的直径过大，则作用的气体力会增大，相应地电磁力也同步增大，会导致阀体整体增大，同时吸气脉动在波纹管上的作用也会明显，加剧波纹管的疲劳；波纹管直径过小，一方面受限于波纹管及内部弹簧制造工艺的限制，另一方面过小的直径将削弱吸气压力的作用，使得对压力变化不够敏感，影响电控阀的灵敏度。一般其直径为6 14mm.

　　电磁铁的设计，一方面要在满足磁力、散热、绝缘和密封条件下，实现体积、重量、功耗、成本的优化，另一方面要与波纹管的设计要匹配，使输出的动作压力落在电控阀特性曲线要求的范围内。

　　通常电磁铁的结构因数在1. 2到4之间，所以一般采用带止推座的装甲螺管式电磁铁，衔铁端部为圆锥形。选用这样的电磁铁，其电磁吸力特性平坦，随动、静铁芯之间的间隙变化相对小，衔铁端部采用圆锥状的止推座，有利于增大气隙磁导，提高电磁力，便于获得大的行程，也有助于改善平坦性。为进一步分析，可采用有限元方法进行详细的电磁场计算。

　　由计算结果知：

　　（ 1）电磁力与电流和间隙都成非线性关系。

　　电流与间隙值越小，非线性特性越明显。

　　（ 2）只有电流在离开零点一定距离后，电流越大，线性特性越好，电磁力越大；只有间隙在离开零点一定距离后，间隙越大，线性特性越好，电磁力越小，电磁力随间隙的变化越平坦。

　　（ 3）在一定的电流和间隙范围内，可挑选出一定的近似线性区，可满足电磁力与电流和间隙近似线性的要求以及电磁力相对间隙较平坦的要求，从而满足电控阀动作压力与电流近似线性和对装配气隙不太敏感的要求。

　　（ 4）锥形衔铁有助于改善电磁力的平坦性，但在锥形衔铁端部的磁力线较密，存在出现磁饱和现象的风险。

　　（ 5）当动静铁芯间距较小（小于0. 3mm ）时，电磁力非线性明显，可采用保留一段去磁间隙的方法来控制*小间隙，以获得近似线性的工作区，同时也可防止或削弱剩磁对电磁铁释放动作的影响。

　　（ 6）在间隙相同的条件下，不同电流对应的电磁力是不同的，只有这样才能以不同电流实现对动作压力的调整。

　　（ 7）是典型电控阀产品电磁力测量的结果，对比理论分析结果，可见分析结果基本正确。

　　以上对电控阀的关键技术作了研究分析，但作为产品，除以上涉及的问题外，还要关注耐压，耐久，耐振，过电流，耐温，磁滞特性，导线强度等问题，限于篇幅，另文叙述。

　　5结语

　　本文从电控阀的典型结构和VDA标准出发，分析了电控阀的受力特性，提出了电控阀动作压力、流量、电磁力分析的数学模型，并采用电磁场分析软件计算了电磁力与电流和间隙的关系，得出了关键零部件工程开发的关键参数和相互匹配的约束条件，并分析了关键零部件工程设计的相关细节，为电控阀的理论研究和工程产品开发提供了参考。