第24章 车用空调压缩机研发
在空调产品与技术的研发领域,建设空调始终秉持着稳健发展的策略。其发展路径以引进技术为起点,通过深入的消化吸收工作,逐步积累经验,进而朝着自主开发的目标迈进。在这一漫长的发展进程中,大致可划分为四个具有显著特征的阶段。
一、消化吸收应用阶段
回顾1996年至1998年这段时期,建设空调将工作重点聚焦于对JSS-96压缩机技术的消化与吸收。与此同时,积极致力于零部件国产化的推进工作,力求降低对进口零部件的依赖程度。在压缩机技术的消化吸收方面,建设空调采取了两种行之有效的途径。一方面,通过组建专业的技术研发团队,深入研究并充分汲取外来先进技术的精华,在持续的探索与实践中,成功研发出一系列拥有自主知识产权和专利的零部件。另一方面,在与市场紧密对接的过程中,高度重视客户的个性化需求,针对客户提出的多样化要求,对压缩机进行精心的二次开发,以更好地满足市场的实际需求。
自1996年起,建设空调有条不紊地开启了对JSS-96系列技术的全面消化吸收工作。在此期间,逐步推动主要零部件从最初依赖进口件(简称CKD)的状态,向实现自主生产的方向转变。经过多年不懈的努力,1999年,JSS-96系列的国产化率顺利达到83%;到2003年,这一比例更是进一步提升至88%,取得了令人瞩目的成绩。随着消化吸收工作的持续深入以及在实际应用中的不断检验与改进,JSS-96系列压缩机在各项技术指标上均实现了大幅提升。旋叶式成功衍生出系列化改型机,型号种类丰富多样,多达40余种。在安装方式上,为满足不同客户的使用需求,提供了轴装、直装、吊耳式等多种选择;皮带轮方面,也涵盖了单槽、双槽、多槽等不同类型。正因如此,该系列压缩机深受国内微型汽车及经济型轿车厂家的青睐,成为其广泛采用的热门型号之一。
二、消化吸收开发阶段
自1999年起,建设空调开启了重要的技术探索征程。彼时,其率先着手国产化项目以及系列改型机的开发工作。紧接着在2000年,便积极投身于仿研领域。在漫长的发展进程中,建设空调致力于对引进技术的深入消化与吸收,逐步培育出了具备一定实力的自主研发能力,顺利迈入消化吸收再开发阶段。在这期间,涌现出了JS-72、JS-83、JSS-120、JS-150等极具代表性的成果。尤其值得一提的是,在1999-2003年期间,建设空调全力开展JSS-96系列改型机的研究与开发工作,同步推进国产化进程,为品牌在空调技术领域的深耕与拓展奠定了坚实基础。
1、JS-72的开发
上世纪90年代末,国内汽车空调压缩机总产量的80%以上集中在中排量范围,小排量压缩机受到生产商的忽视,为了满足市场需要,建设空调积极采取措施,进行了JS-72排量压缩机的开发。
2002年11月,经论证,JS-72正式立项,并成立了APQP小组。2003年1月28日完成了草图设计。2月28日完成了设计计算书、DFMEA、产品特殊性清单、样件控制计划、JS-72压缩机试行标准等。5月样机出来前完成了设计验证方案。在JS-72压缩机的实施过程中,建设空调充分利用现有的资源(技术、设备等),只设计了缸体、转子、叶片、外壳4个专用件就达到了设计要求。同年底,JS-72正式投产。
JS-72系列旋叶式压缩机是针对1升以下发动机开发的小型空调压缩机,其体积小、省功率的特点受到用户广泛好评,特别适合微型车的使用。JS-72系列共3种产品、压缩机排量72CC,使用在汽车排量在1.0升以下的微型小货车、mini型轿车等。主要给河北长安和长安本部配套。
2、JS-83的开发
2003年10月底,建设空调收到长安铃木公司YN5项目零部件招标办法,拟订JS-83压缩机对YN5进行投标,通过努力,同年12月底,长安铃木公司正式委托建设空调开发YN5所用的JS-83车用空调压缩机。
2004年1月7日,建设空调正式确定进行JS-83研发项目。4月16日,JS-83进入产品设计与开发阶段。7月9日,进入过程设计与开发阶段。9月17日进入产品与过程确认阶段。
JS-83系列压缩机采用了新工艺,全部采用铝制件。压缩机自身重量降低,性能得到提高,更节能、省油,噪声更低。新工艺代表压缩机发展的新方向,产品市场为长安铃木的雨燕车型配套。
为降低成本,建设空调从2005年2月起开始对JS-83进行主要零部件的国产化。2007年,JS-83完成了前后端板、缸体、TCC及宝源的转体已经过83加工线试流动。叶片镀镍已与高校合作成立攻关小组,实施了实验槽的方案,进行了相关试验。2008年,JS-83完成引进资料的消化及各项国产化准备。2009年,进行了Ni-Co-P/Si3N4复合电镀试验。
3、JSS-120的开发
1999年开始进行开发,2000年JSS-120开发成功,2001年JSS-120投入市场。
JSS-120压缩机广泛应用于发动机为1.6升-2.5升的各种轿车、面包车、轻重型卡车、以及SUV越野车等。公司根据用户需要,可提供直装或轴装的安装方式。该压缩机通过了CCI公司的DVT耐久性试验规范,同时通过了FORD公司对汽车空调压缩机的DVT耐久性试验规范。同时该产品已成为福特嘉年华车压缩机供应商,并通过了Passcar十万公里道路试验。
JSS-120系列共7余种机型,压缩机排量120CC,使用在汽车排量在1.3-2.0升的经济型轿车、中挡轿车、皮卡、SUV、MPV等车,设计年产4万台。
4、JS-150的开发
2001年11月,开始进行市场调研,在与JS-150压缩机同等排量的市场上,当时的生产能力已大于实际需求,且有几个生产厂家的产品主要集中在该市场,竞争异常激烈。同时,JS-150压缩机的试配车型有中高档轿车、轻客及MPV、SUV类车型。对压缩机产品的技术来源、规格形式以及相应的供应商的实力都有严格的要求,建设空调在短时间内难以跟上海三电易初相比。同时,选择轻客市场,应充分考虑到成本因素和国际市场因素。
建设空调经过研讨决定,在2001年12月底确定JS-150项目,2003年4月初设计出样机。12月试制出正样机,2005年2月设计冻结。2005年开始,主要对JS-150进行市场推广工作,其中重点是和华盛强、东风派恩进行市场对接。
三、自主开发阶段
2004至2006年,通过不断引进人才和技术,具有了一定自主开发能力,开始自主研制开发先进产品,形成了快速开发出满足客户需求的各种改型机,如奥拓、铃羊、长安之星系列等的能力。2006年,96CC以外产品市场份额达到了25.44%。
1、主开发成熟产品
建设空调经过积极引进和消化吸收,逐渐地拥有了自己的技术,具备了一定的自主开发能力,2000年,建设空调进入自主开发成熟产品阶段。其中以JS-320、JSP-170为代表。
(1)JS-320的开发
二十世纪末,国内大排量压缩机生产尚为空白,大排量压缩机在国内具有非常大的市场前景,为打破建设空调品种单一,缺乏市场竞争力的局面,建设空调开始积极筹备研发大排量段压缩机。
JS-320没有引进技术的支持。1989年至1995年间,建设空调曾开发过与该机具有相同结构的10P150(日本电装公司产品)压缩机——JSY-150斜盘式压缩机,并通过了市级鉴定,积累了一些经验。2000年10月,对JS-320进行市场研究资料确认。2001年8月,JS-320开发小组成立,2002年10月,进入正样机试制阶段,2002年12月进行JS-320产品鉴定,2005年底投入市场。
JS-320系列压缩机采用双向斜盘方式,结构紧凑,可靠性高,主要适用于大巴及各类中巴空调产品。JS-320系列共3种机型,压缩机排量320CC,使用在汽车排量在中巴车、大巴车上,2006年,重点解决了批量生产和上市中的技术问题,不断完善,开始小批量生产(月生产100-200台),主要使用在线下市场及维修市场。
(2)JSP-170的开发
经过近10年的努力,建设空调压缩机在微车市场取得了支配地位,并逐步向轿车市场扩展,但是产品单一已成为建设空调未来发展的瓶颈。由于JSP-170和JS-320同属于斜盘技术平台,所以JSP-170的研发属于在同类产品上的延续,在研发手段、技术和工艺方面都可以借鉴JS-320技术。2005年4月10日,建设空调开始对JSP-170立项。5月10完成其设计策划。6月30日完成设计。12月完成样机试制评价。2006年3月完成设计优化,并进行实验确认。
JSP-170压缩机排量为170CC,使用在汽车排量为2升左右的中档轿车。同时,建设空调对变排量机进行了基本结构研究、控制阀运动、动力研究、运动机构动力研究、试验测试、已开始样机设计、试制。
2006年3月底至4月初,JSP-170通过空调公司组织的产品评审。从2006年6月到2007年1月,JSP-170在JS-320生产线上完成了3次小批量试生产,从而基本实现了JSP-170压缩机的量产能力。2007年3月,JSP-170首次交付客户,并得到了客户的认可。2007年10月19日通过重庆市科学技术委员会组织的产品鉴定。JSP-170压缩机排量为170CC,使用在汽车排量为2升左右的各型乘用车。
(3)JSP-150的开发
在JSP-170开发成功的的基础上,为进一步丰富斜盘式压缩机技术平台的产品系列,建设空调公司决定开发JSP-150压缩机。2006年3月,公司正式下达JSP-150设计任务书,对JSP-150立项,4月15日完成其设计策划,5月15日完成设计,10月完成样机试制评价,12月完成设计优化,并进行实验确认。2007年4月底,JSP150通过了空调公司组织的产品评审。2007年10月19日,通过重庆市科学技术委员会组织的产品鉴定。JSP-150压缩机排量为150CC,使用在汽车排量为1.6升左右的各型乘用车。
2、自主开发先进产品。
(1)变排量压缩机技术预研
在当下汽车市场的发展态势中,消费者对于驾乘舒适性的追求与日俱增,汽车空调系统的性能已然成为评判车辆品质的要素之一。传统的定排量压缩机,由于其工作效能高度依赖发动机的实时运行状态,在实际的使用场景里,诸多弊端逐渐显露。从车辆行驶稳定性的维度来看,定排量压缩机随发动机工况变动的工作模式,会在一定程度上干扰汽车行驶的平稳性,进而降低驾乘体验的舒适度。就温度调控层面而言,其难以精准维持车内温度的恒定,致使出风口温度出现较为明显的波动,这无疑增加了营造舒适、稳定车内热环境的难度。此外,定排量压缩机工作模式所具有的不可控特性,给空调系统迈向自动化的发展之路设置了较大阻碍,难以契合现代汽车智能化、便捷化的发展潮流。
相较之下,变排量压缩机展现出了极为突出的优势。该技术凭借先进的传感系统,能够实时、敏锐地感知车内、外温度的动态变化,并依据这些精确的数据,自动且精准地对压缩机排量进行调节。通过这种智能化的调节机制,变排量压缩机得以迅速、精准地达成车内所需的最佳温湿度调节效果。这一优势不仅有效规避了因频繁启停对汽车整体系统造成的冲击,延长了相关部件的使用寿命,还显著增强了车内温度的稳定性,为驾乘者缔造了更为惬意的环境。与此同时,由于压缩机始终能够保持在最佳工作状态,其能效比得到大幅提升,实现了高效运行与节能目标的双重兼顾。基于这些卓越特性,变排量压缩机在中、高端轿车的自动空调系统中得以广泛应用,成为推动汽车空调性能提升的核心技术。
在技术研发与项目推进进程中,建设空调依托针对压缩机性能以及控制阀特性等核心领域展开的专项实验研究,于2003年7月至9月期间,启动了对变排量压缩机的深度探索工作。在此阶段,研究团队对变排量压缩机的材料性能展开了全方位、精细化的分析,旨在从根源上提升产品质量与性能。同时,借助精密的压缩机测绘技术,深入钻研其内部错综复杂的运动关系,为后续的优化设计筑牢了坚实的数据根基。
自2003年9月至2004年1月,项目步入资源调研阶段。在此期间,研究团队一方面广泛且深入地调研变排量压缩机的材料市场,精心筛选出兼具高性价比与卓越性能优势的材料;另一方面,针对表面处理工艺开展了初步的技术剖析,期望借助先进的表面处理技术,进一步强化压缩机的耐用性与可靠性。
从2004年1月至5月,项目进入合作研究阶段。在此期间,研究团队积极主动地与国内外相关专业机构展开深度合作,通过对同类产品进行全面、多维度的对比研究,汲取先进经验,精准查找自身存在的差距。同时,运用专业的力学分析与运动学分析方法,对变排量压缩机的工作过程进行深度剖析,为产品的优化升级提供了科学合理的依据。
至2006年,为进一步提升项目推进效率,特别组建了项目小组。该小组肩负起多项任务,顺利完成了国外先进样机的测试与深度解析工作,精准把握国际前沿技术水准。通过细致入微的国外专利查新工作,有效规避了潜在的知识产权风险,并在此基础上确立了具备创新性的产品方案,成功实现从外控到内控的技术突破。此外,项目小组还顺利完成了产品的2D、3D初步设计,为产品从概念走向实体奠定了基础,并精心筹备好样机试制的各项前期准备工作,为后续的产品研发与产业化进程夯实了根基。
(2)JSPV-160的开发
建设空调所生产的,适用于微车市场且排量处于96至120毫升/转区间的压缩机,在该细分市场领域呈现出独特的竞争优势。然而,就国内压缩机产量的总体规模而言,其占比相对有限。深入剖析2004年国内轿车行业的发展态势,可以明确地看到,160左右排量的轿车已在市场中确立了主导地位。当时,国内各大主流汽车生产厂商均积极投入资源,全力推进160排量轿车的研发工作。
鉴于这样的市场形势,在2004年,建设空调凭借自身深厚的研发底蕴,结合既定的产品发展规划,综合考虑当时市场的实际状况以及对未来市场趋势的精准预判,经过审慎权衡,果断决定开启160排量压缩机的研发项目。同年1月,建设空调迅速组建专业团队,开展对SD-PXV16样机的2D、3D测绘工作,并制定了全面且详尽的总体论证方案。
在JSPV-160的研发进程中,不可避免地遭遇了一系列技术与工艺方面的严峻挑战,这些难题在一定程度上对研发工作的顺利推进造成了阻碍,致使研发周期有所延长。为了强化理论研究基础,从而更为高效、精准地试制出符合预期的样机,建设空调积极拓展合作途径,与国内知名高校展开深度合作。其中,与清华大学携手开展了一系列卓有成效的合作研究。2005年1月,清华大学按时完成了建设空调委托的SD-PXV16变排量斜盘式压缩机特性研究课题。与此同时,建设空调还与西安大学在单向斜盘变排量压缩机内部机理探索、计算机模拟与性能分析,以及双向斜盘压缩机活塞受力分析等多个关键技术领域展开合作,共同攻克技术瓶颈。
2005年9月,JSPV-160的研发工作取得了突破性的重大进展,成功完成了关键零部件的加工制造任务。同年11月,顺利开展并出色完成了整机装配后的性能评估工作。进入2006年,建设空调持续发力,顺利完成了产品的2D、3D初步设计,为后续产品的优化升级与实现量产筑牢了坚实根基。
四、产品结构调整阶段
在2007至2008年间,空调公司全力聚焦于产品结构的优化与调整工作。回顾2006年3月,公司与重庆大学携手开展深度合作,成功完成了车用空调压缩机关键零部件有限元分析方法的研究项目。此次研究范围广泛,全面涵盖了静力强度、动力响应、耐久性以及动力特性等多个重要领域。博士后科研项目的研究历时两年有余,在此期间,产品开发过程中的数字化建模逐步走向规范与成熟,成功实现了虚拟物理样机的研发。不仅如此,公司还成功实现了系统多物理场分析,能够对零部件及系统的强度、疲劳寿命、振动与噪声等方面进行全面且深入的分析。
自2002年起到2008年,经过长达7年的持续探索与深入钻研,空调公司对变排量压缩机的认知实现了质的飞跃。综合考量市场动态以及对变排量压缩机新技术的深刻理解,公司经过审慎评估,决定暂停JSPV-160的开发工作,并正式启动JSPV17的开发项目。公司将JSPV17定位为变排量压缩机的基础机型,并规划在适当时机,以JSPV17为核心,开展相关的系列化拓展工作,比如研发具有全新结构的JSPV16等。
在JSPV-170的开发进程中,公司以对JSPV-160的前期预研开发为基石,深入调研国内外相关专利,与经验丰富的资深专家展开充分交流与探讨,并实地走访考察变排量生产厂家,积累了海量的信息资源。经过2006年近一年的精心筹备与预研,于2007年正式开启JSPV-170的开发征程。2007年3月,顺利完成图纸的初步设计,并积极构建变排量压缩机零部件供应商体系,随后迅速开展样件试制工作。在2007年9月和11月,分别进行了两轮样机装配及初步性能测试,产品性能达到国际同类压缩机的先进水平。至2008年,JSPV170初样机成功研制,并开展了全方位的设计验证试验。
2008年,JSS-72及以上排量车用空调压缩机荣获“重庆市用户满意产品”称号。到2009年,公司成功搭建起多平台的产品架构,进一步完善了旋叶式系列、活塞斜盘式定排量系列、活塞斜盘式变排量系列这三大核心产品平台。同时,对旋叶式系列的安装方式及各类中后出口进行了优化升级,从而实现了对竞争对手各种压缩机排量和安装形式的全面覆盖。
五、新技术的推广应用
(一)新材料
在汽车行业对舒适性与轻便性的不懈追求下,空调压缩机铝质化的发展潮流愈发强劲。这一趋势宛如强劲东风,有力推动了新技术、新材料的广泛推广与应用。
1、叶片所采用的基础材质为ASCM20+5Fe。经由对加工工艺的精心调校,成功提高了材料中的Si含量,进而显著优化了材料性能,使其能更好地适配空调压缩机的严苛运转要求。
2、转子、缸体以及端板选用的基础材料为A390R。在确保材料性能稳定可靠的基础上,巧妙地适当降低该材料的Si含量,此举不仅有效增强了材料的可塑性,使其在加工过程中能更好地塑形,还大幅提升了材料的加工性能,显著提高了生产效率与产品质量。
(二)新专利
在深耕自主消化吸收工作的过程中,建设空调不断磨砺,逐步构建起独树一帜的技术特色,在外观设计与新型实用技术领域硕果累累,揽获了一系列专利成果。
车用空气净化器(JS-A2B)的外观设计专利,在2005年4月正式获得授权,其独特的外观设计,在满足功能性需求的同时,也为汽车内饰增添了一抹别样的设计感。
多功能智能化车用空调净化器实用新型专利,于2004年4月获批,该专利将先进的智能技术融入空调净化器,极大提升了车内空气净化的效率与智能化体验。
车用空调压缩机安装支耳实用新型专利,在2006年11月成功得到授权,其创新设计优化了压缩机的安装结构,提升了安装的便捷性与稳定性。
车用空调转子铣五槽夹具实用新型专利设计,于2006年2月获得授权,该夹具设计有效提升了转子铣槽的加工精度与效率。
车用空调压缩机实用新型专利设计,在2006年2月顺利获批,对压缩机的整体性能进行了优化升级。
车用空调压缩机阀板实用新型专利设计,于2007年3月获得授权,改进后的阀板设计让压缩机的运行更加高效、稳定。