(1)汽车空调压缩机的类别
汽车空调压缩机的种类很多,根据工作原理的不同,空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。根据工作方式的不同,空调压缩机一般可以分为往复式和旋转式,常见的往复式压缩机有曲轴连杆式和轴向活塞式,轴向活塞式压缩机有斜盘式和摆盘式两种;常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式。
① 按工作原理划分
空调压缩机(按工作原理划分)可分为定排量压缩机和变量压缩机。
A、定排量压缩机
定排量压缩机的排气量是随着发动机转速的提高而成比例地提高,其不能根据制冷负荷的大小自动改变排气量,而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制方式一般通过采集蒸发器表面或出风口的温度信号,当温度达到设定的温度,压缩机电磁离合器电路切断,压缩机停止工作。当温度升高后,电磁离合器电路接通,压缩机开始工作。
定排量压缩机也受空调系统压力的控制,当系统管路内压力过低或过高以及发动机冷却液温度过高时,发动机控制单元都会自动切断压缩机继电器控制信号(对压缩机起保护作用),使压缩机停止工作。
B、变排量压缩机
变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器表面或出风口的温度信号,而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中,压缩机始终是工作的,制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时,压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比,这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度,低压端压力上升到一定程度时,压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。
② 按工作方式划分
A、曲轴连杆式压缩机
曲轴连杆式压缩机的工作过程可以分为 4 个,即压缩、排气、膨胀、吸气。曲轴旋转时,通过连杆带动活塞往复运动,由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发生周期性变化,从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用。
在缸盖上部设有两个单向阀片,活塞下行时,活塞顶部的空腔增大,进气阀片打开,将低压制冷剂吸入;当活塞上行时,活塞顶部空间减小,排气阀片打开,制冷剂被加压后排出。曲轴连杆式压缩机是第一代压缩机,它应用比较广泛,制造技术成熟,结构简单,而且对加工材料和加工工艺要求较低,造价比较低。
适应性强,能适应广阔的压力范围和制冷量要求,可维修性强。曲轴连杆式压缩机主要缺点包括:一是压缩机体积大而重;二是因为只有一个或两个活塞,排气另一个是排气不连续,排气气流易波动,且工作时有较大的振动;三是无法适用于高速运转。在小型汽车中很少应用曲轴连杆式压缩机,目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。
B、轴向活塞式压缩机
轴向活塞式压缩机可以称为第二代压缩机,常见的有斜盘式和摆盘式压缩机,这两种压缩机的气缸均以主轴为中心布置,活塞运动方向与压缩机的主轴平行,活塞的轴向往复运动都是靠主轴带动斜盘或楔形传动板转动时产生的轴向推力使活塞运动。
斜盘式压缩机又称为双向活塞式压缩机,主要部件有主轴、斜盘、活塞、进排气阀片等。当主轴驱动斜盘旋转时,活塞槽与斜盘边缘通过钢球轴承支承,斜盘的旋转带动活塞做轴向移动,活塞前后两端与壳体组成两个空腔。活塞轴向移动时,一个空腔容积增大,可以吸入低压的制冷剂;相反,活塞另一头的空腔容积减小,制冷剂被高压排出。
主轴旋转一个循环,所有活塞前后的两个气缸分别完成一个工作循环。斜盘式压缩机比较容易实现小型化和轻量化,而且可以实现高转速工作。它的结构紧凑,效率高,性能可靠,在实现了可变排量控制之后,目前广泛应用于汽车空调。
摆盘式和斜盘式同属于轴向活塞式压缩机,其结构如下图所示。它们之间的不同是摆盘式的活塞运动属单向作用式,而斜盘式的活塞运动属双向作用式,所以有时又把它们分别称作单向斜盘式压缩机和双向斜盘式压缩机。
C、旋转叶片式压缩机
旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形两种。在圆形气缸中,转子的主轴与气缸的圆心有一个偏合距,使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中,转子的主轴和椭圆中心重合。旋转叶片式压缩机主要由转子、叶片、缸体等组成。
转子上的叶片将气缸分成几个空间,当主轴带动转子旋转一周时,这些空间的容积不断发生变化,制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式压缩机没有吸气阀,因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。如果有 2 个叶片,则主轴旋转一周有 2 次排气过程。叶片越多,压缩机的排气波动就越小。
作为第三代压缩机,由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小,易于在狭小的发动机舱内进行布置,加之噪声和振动小以及容积效率高等优点,在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高,制造成本较高。
D、涡旋式压缩机
涡旋式压缩机可以称为第四代压缩机。涡旋式压缩机是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械,这一点与往复式压缩机相同。涡旋式压缩机的主要零件动涡旋盘的运动,是在偏心轴的直接驱动下进行的,这一点又与旋转式压缩机相同。涡旋式压缩机的压缩腔形状及其变化,既不同于往复式压缩机,又不同于旋转式压缩机,故将其称为新一代容积式压缩机。作为一种新形式的压缩机,涡旋式压缩机具有如下优点:
a、 结构简单、体积小、重量轻,相比于其他形式的压缩机,体积减小约 40%,重量减轻约 15%;
b、 机械效率高,吸入过程无高压气体的膨胀影响;
c、 压缩腔的工作与进、排气孔口独立,因此无需设置控制进、排气的阀门;
d、 几个压缩腔同时压缩,从而显著降低了载荷波动,减小噪音。
涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及高可靠性等优点,在小型制冷领域获得越来越广泛的应用,因此成为压缩机技术发展的主要方向之一,也被公认为是最适合新能源汽车的压缩机机型,是目前新能源汽车中最常用的压缩机机型。涡旋式压缩机主要由动涡旋盘、静涡旋盘、主轴、支架体、偏心块、电机转子和电机定子等组成。
动、静涡旋盘是涡旋式压缩机的核心零部件,由同一基圆渐开线在垂直方向上拉伸得到。装配过程中,将动、静涡旋盘相对旋转 180°并错开一定距离对置差装在一起,涡旋压缩机的偏心主轴与电机转子设置为一个整体,通过滑动轴承与动涡旋盘连接。电机工作时,驱动主轴转子转动,将动力传递给动涡旋盘,使其在防自转机构的约束下作平面回转运动。运行过程中,动、静涡旋盘之间形成数对封闭的月牙形压缩腔,涡旋压缩机依靠压缩腔容积的连续变化实现气体的压缩过程。
涡旋式压缩机一个工作循环的压缩过程,表示了主轴转角四个时刻(0°、90°、180°、270°)的工作腔气体压缩情况。吸气腔随主轴的转动而逐渐打开,工质被吸入,进入吸气腔的工质随转角的增大而增大。当主轴转角为 0°时,吸气腔刚好关闭,进入的工质量达到最大值,图中所示黑色表示此时的吸气容积为吸气腔容积的一半(对称的月牙形中的一个),吸气结束。随着主轴继续旋转,动涡旋盘在主轴的带动下绕静涡旋盘旋转,工质被动涡旋盘推着向排气腔移动,压缩腔容积逐渐缩小,图中主轴转角 90°、180°、270°对应的黑色部分表示。如此周而复始,完成涡旋压缩机对工质的压缩。
(2)汽车空调压缩机竞争格局
目前,全球汽车空调压缩机市场集中度较高,龙头企业主要集中在日本、韩国及欧美地区,多为大型的跨国公司,例如丰田工业、电装、三电、韩昂、法雷奥及马勒等,其中以日系厂家产量最大。随着中国技术的不断发展,国内涌现出一批优秀的内资企业,内资企业市场占有率不断提升,例如奥特佳、苏州中成及重庆建设等。随着汽车制造业全球化的深入,国际汽车空调压缩机龙头企业通过合资的方式与中国企业开展合作,在中国境内成立了多家合资公司,如华域三电、湖南华达等,其中华域三电在国内汽车空调压缩机市场拥有较高的市场占有率。
丰田工业 1926 年 11 月在爱知县成立,1949 年 5 月在东京、名古屋及大阪证券交易所上市。1953年开始生产汽车发动机,1960 年开始生产汽车空调压缩机。该公司主要从事汽车,工业车辆和纺织机械的制造和销售,以及物流业务。主要产品为汽车发动机、汽车空调压缩机、汽车电子零部件/设备、冲压模具等汽车及汽车相关产品。在叉车、汽车空调压缩机、喷气织机三个领域的市场份额占全球首位。主要客户为丰田汽车。
电装 1949 年 12 月从丰田汽车公司独立,成立日本电装株式会社,1951 年 12 月在名古屋证券交易所上市。1953 年 1 月在东京和大阪证券交易所上市。2000 年 7 月在中国天津设立事务所,作为对天津丰田汽车、天津汽车和天津市政府的业务窗口,2003 年 2 月在中国成立电装(中国)投资有限公司。该公司主营业务为汽车零部件的研发、生产和销售。公司的汽车零部件业务主要分为 5 个领域:热系统、动力总成系统、移动出行电子产品、电气化系统和先进设备。主要客户为丰田汽车。
三电1943 年,三电前身三电电器株式会社成立。1948 年在日本东京证券交易所上市。2000年 9 月,三电进入中国开展业务。2021 年 3月,为改善财务状况,通过第三方配股增资发售新股,中国家电巨头海信家电集团旗下的海信日本汽车空调系统株式会社成为该公司的控股股东。该公司主要从事汽车设备和配电系统的制造和销售。该公司经营三个业务板块。汽车设备板块从事汽车空调系统、压缩机和汽车热交换器的制造和销售。配电系统板块从事冷藏陈列柜,冷冻陈列柜和饮料自动售货机的制造和销售,并提供店面设计、工程及维修服务。其他板块从事住宅供暖设备、热水炉及环保设备,如通风系统等的制造和销售,以及物流和电子计算业务等。主要客户为大众。
韩昂 1986 年,由美国福特和韩国万都机械(现万都)合资成立;1996 年 7 月在韩国证券交易所上市;1999 年,美国福特将其股权转让给美国伟世通,成为该公司的子公司;2015年,美国伟世通将其股份出售给 Hahn 和韩泰轮胎,公司名从 Halla Visteon Climate ControlCorp(HVCC)变更为 Hanon System Corp。该公司主要从事暖通空调系统、动力传动系冷却系统、压缩机、流体输送系统、电池热管理系统、热泵系统、高压冷却风扇电机、散热器、冷凝器和其他汽车用设备的生产和销售。主要客户为现代、福特、起亚。
法雷奥1923 年在法国巴黎成立,1994 年进入中国,2016 年在纽约证券交易所上市,2017 年在巴黎泛欧证券交易所上市。该公司是一家研发、生产和销售汽车零部件、系统、模块的供应商,公司业务由 4 个部门组成:舒适与驾驶辅助系统、动力总成系统、热系统、视觉系统,公司在雨刮器系统、照明系统、电动化系统、传动系统及驾驶辅助系统的市场份额居首,在热动力总成系统、热气候控制系统、内部控制系统和远程信息处理领域排名全球第二。
马勒 1920 年1920 年在德国成立,1999 年进入中国。该公司是汽车发动机系统和组件、滤清器、热管理系统、电动车组件和系统的领先供应商。
华域三电 1990 年1990 年在上海成立,原名为上海易初通用机器有限公司,2004 年公司名称变更为上海三电贝洱汽车空调有限公司,2015 年公司名称变更为华域三电汽车空调有限公司。目前,华域三电由华域汽车(600741.SH)持股 48%,三电株式会社持股 43%,主要生产汽车空调压缩机及汽车空调模块、发动机冷却系统及元件等系列产品,公司配套客户遍布国内主要汽车生产企业,其中乘用车主要配套上海大众、上海通用、一汽大众、神龙公司、东风本田、上海汽车、长城汽车、沃尔沃等,商用车主要配套一汽集团、上汽商用车、北汽股份、南京依维柯、北汽福田等。
奥特佳(002239.SZ)2002 年在江苏成立,原名为江苏金飞达服装股份有限公司,2008 年在深圳证券交所上市,2015 年奥特佳借壳上市。该公司是一家提供汽车的热管理整体解决方案的制造业企业,主营业务是汽车热管理系统及零部件的技术开发、产品生产及销售,主要产品包含汽车空调系统、汽车空调压缩机、储能电池热管理产品及其关键部件。主要客户为蔚来、吉利、斯泰兰蒂斯(原标致-雪铁龙汽车和菲亚特克莱斯勒汽车合并后的公司)、大众汽车。
苏州中成 2004 年在江苏苏州成立。该公司主要从事汽车用电动空调压缩机的研发、生产和销售,主要客户为广汽、东风、长安、理想。
重庆建设(200054.SZ) 1995 年 7 月通过发行 B 股在深圳证券交易所上市成立,公司名称为深圳北方建设摩托车股份有限公司,2003 年,公司名称变更为重庆建设摩托车股份有限公司,2017 年更名为重庆建设汽车系统股份有限公司。该公司主要从事车用空调压缩机生产和销售。产品包括旋叶式铁质和铝质压缩机、活塞斜盘式定排量压缩机、活塞斜盘式变排量压缩机和电动压缩机的技术平台。主要客户为长安汽车、法国标致、东风日产、长安铃木、长城汽车。
湖南华达1996 年在湖南成立,原名为华达杰克赛尔(湖南)汽车空调有限公司,2007 年公司名称变更为华达汽车空调(湖南)有限公司。目前,法雷奥持有湖南华达 66%的股权,娄底市国有资本投资运营有限公司持有其34%股权。湖南华达主要产品为汽车空调压缩机,产品主要配套一汽、东风等汽车生产厂家。
丰田工业控股股东为丰田汽车,主要从事汽车发动机和空调压缩机的研发、生产和销售,该公司在 2021 年共计销售 2,875.00 万台汽车空调压缩机,根据 2021 年全球汽车销量测算,其全球市场占有率为 34.74%;此外,电装也是丰田汽车旗下子公司,主要从事动力总成控制系统及热系统的研发、生产和销售,其业务覆盖亚洲、北美及欧洲多个国家和地区。除丰田系外,三电、韩昂及马勒凭借几十年的技术积累和市场耕耘,在全球市场中也占据了一席之地。
中国企业中,合资企业华域三电 2022 年共计销售 846 万台汽车空调压缩机,根据 2022 年全球汽车销量测算,其全球市场占有率为 10.36%;内资企业奥特佳 2022 年共计销售 520.89 万台汽车空调压缩机,其全球市场占有率为6.38%。
近年来,随着新能源汽车的快速发展,电动压缩机领域新势力开始参与市场竞争,例如弗迪科技。弗迪科技成立于 2019 年 12 月,为比亚迪全资子公司,自 2020 年开始向比亚迪唐、宋系列车型供应空调滤清器,2021 年开始向比亚迪供应高压线束、空调总成、制动器及电动压缩机等,除向比亚迪供货外,弗迪科技也向其他整车制造企业供货。