電気自動車用エアコン コンプレッサーの故障解析 - オイルと潤滑剤の不足

電気自動車のエアコン コンプレッサーは、高速で動作する複雑な機械です。 コンプレッサーのクランクシャフト、ベアリング、コネクティングロッド、ピストン、およびその他の可動部品の十分な潤滑を確保することは、機械の正常な動作を維持するための基本的な要件です。 このため、圧縮機の製造業者は、指定された等級の潤滑油を使用し、潤滑油のレベルと色を定期的に検査する必要があります。 しかし、冷凍システムの設計、建設、およびメンテナンスの怠慢により、圧縮機のオイル不足、オイルコーキング、戻り希釈、冷媒フラッシング、および劣った潤滑油の使用により、可動部品の不十分な潤滑が一般的です。 潤滑が不十分な場合、軸受面に摩耗やキズが発生し、ひどい場合にはシャフトやピストンがシリンダ内に引っかかったり、ロッドの曲がりや破断事故につながることもあります。
1.油分不足
オイル不足は、最も簡単に特定できるコンプレッサーの故障の 1 つです。 コンプレッサーのオイルが不足すると、クランクケース内の潤滑油がほとんどまたはまったくなくなります。 圧縮機は特殊なエアポンプで、少量の潤滑油（ランニングオイルまたはランニングオイルと呼ばれる）を巻き込みながら多量の冷媒ガスを吐出します。 コンプレッサーの油漏れは避けられませんが、油漏れのスピードが違います。 半密閉型ピストン コンプレッサーの排気ガスには約 {{0}} パーセントの潤滑油が含まれていますが、スクロール コンプレッサーでは 0.5-1 パーセントです。 6-シリンダー圧縮機の排気量が 100m3/hr で、クランクケースのオイル貯蔵容量が 6 リットルの場合、3% のオイル流量は毎分約 0.3-0.8 リットルのオイル流量を意味します。コンプレッサは、オイルが戻らずに 10 分以上作動します。
コンプレッサから排出された潤滑油が戻らないと、コンプレッサの油がなくなります。
コンプレッサーからの油戻しには、オイルセパレーターからの油戻しと、リターンパイプからの油戻しの2つの方法があります。 オイルセパレーターはコンプレッサーの排気管に取り付けられており、通常、稼働中のオイルの 50-95% を分離できます。 オイルリターン効果は良好で速度が速いため、システムパイプラインに入るオイルの量が大幅に減少し、オイルリターンなしで動作時間を効果的に延長できます。 特に長いパイプラインを備えた冷蔵冷凍システム、完全な液体製氷システム、および非常に低温の凍結乾燥装置では、始動から 10 分または数十分後に油が戻らないか、油がほとんど戻らないことは珍しくありません。 設計が不十分なシステムでは、油圧が低いためにコンプレッサーが停止する可能性があります。 この冷凍システムに高効率油分離器を設置することで、圧縮機の油戻りのない運転時間を大幅に延ばすことができ、起動後に圧縮機が油戻りのない危機段階を安全に通過できるようになります。
分離されなかった潤滑油はシステムに入り、パイプ内を冷媒と一緒に流れ、オイル循環を形成します。 一方では、潤滑油が蒸発器に入った後、低温で溶解度が低いため、潤滑油の一部が冷媒から分離されます。 一方、低温で粘度が高いと、分離した潤滑油が配管内壁に付着しやすくなり、流れにくくなります。 蒸発温度が低いほど油が戻りにくくなります。 これには、蒸発および戻りパイプラインの設計と建設が、油の戻りを助長するものでなければならないことが必要です。 下向きのパイプライン設計を採用し、より大きな風速を確保するのが一般的です。 - 85℃や- 150℃の医療用極低温タンクなど、特に低温の冷凍システムでは、高効率の油分離器を選択することに加えて、通常、潤滑油の流出を防ぐために特殊な溶剤が追加されます。キャピラリーチューブと膨張弁をブロックし、オイルを戻すのに役立ちます。 実際のアプリケーションでは、蒸発器と戻りラインの不適切な設計によって引き起こされるオイル戻りの問題は珍しくありません。 R22 および R404A システムの場合、完全な液体蒸発器からオイルを戻すのは非常に難しく、システムの戻りパイプラインの設計には十分注意する必要があります。 このようなシステムでは、効率的なオイル分離を使用すると、システム パイプラインに入るオイルの量を大幅に減らすことができ、起動後の戻りパイプの非戻り時間を効果的に延長できます。 コンプレッサーがエバポレーターよりも高い場合、垂直リターン パイプのリターン ベンドが必要です。 オイル リターン ベンドは、オイルの蓄積を減らすために、できるだけコンパクトにする必要があります。 オイルリターンベンド間の間隔は適切でなければなりません。 オイルリターンベンドの数が多い場合は、潤滑油を追加する必要があります。 可変負荷システムのリターンラインにも注意が必要です。 負荷が減少すると、戻り空気の速度が低下し、速度が遅すぎるとオイルの戻りにつながりません。 低負荷時のオイルリターンを確保するために、垂直サクションパイプはダブルライザーを使用できます。
コンプレッサーの頻繁な始動は、オイルの戻りを助長しません。 連続運転時間の短さから圧縮機が停止し、戻り配管に安定した高速空気流を形成する時間がなく、配管内に潤滑油が残ることしかできませんでした。 戻り油が吐出油より少ないと、圧縮機の油がなくなります。 稼働時間が短いほど、パイプラインが長くなり、システムが複雑になるほど、オイルリターンの問題が顕著になります。 油圧安全スイッチのない全閉式圧縮機（スクロール式圧縮機、ローター式圧縮機を含む）や部分半密閉式圧縮機は、頻繁に起動することでより大きなダメージを与えます。
コンプレッサーのメンテナンスも同様に重要です。 霜取り中は蒸発器の温度が上がり、潤滑油の粘度が下がり、流れやすくなります。 除霜サイクル後は冷媒流量が多く、残った潤滑油は濃縮されて圧縮機に戻ります。 したがって、デフロスト サイクルの頻度と期間も慎重に設定して、オイル レベルの大きな変動やオイル ショックを回避する必要があります。 冷媒の漏れが多くなると、戻り空気の速度が低下し、速度が遅すぎると、潤滑油が戻り空気のパイプラインに留まり、コンプレッサーにすぐに戻ることができなくなります。
コンプレッサハウジングへの潤滑油の戻りは、クランクケースへの戻りと同じではありません。 クランクシャフトキャビティの負圧オイルリターン原理を採用しているコンプレッサーの場合、ピストンが摩耗などで漏れると、クランクケース内の圧力が上昇し、差圧の影響でオイルリターンワンウェイバルブが自動的に閉じます。 リターンパイプから戻された潤滑油はモーターキャビティ内に留まり、クランクケースに入ることができません。 これは内部のオイル戻りの問題で、オイル不足の原因にもなります。 摩耗した古い機械でこのような事故が発生することに加えて、冷媒の移行による液体からの始動も内部の油の戻りに問題を引き起こす可能性がありますが、時間は通常短く、最大で 10 分以上です。 内部のオイル戻りの問題がある場合、油圧安全装置が作動するまでコンプレッサーのオイルレベルが低下し続けることが観察できます。 コンプレッサーが停止した後、クランクケース内のオイルレベルはすぐに回復しました。 内部のオイル戻りの問題の根本的な原因は、シリンダーの漏れにあります。 磨耗したピストン アセンブリは適時に交換する必要があります。 オイルが不足すると、油圧安全装置が自動的にシャットダウンし、コンプレッサーを損傷から保護します。 完全に密閉された圧縮機 (ローターとスクロール圧縮機を含む) と、オイル サイト グラスと油圧安全装置のない空冷式圧縮機は、オイルが不足しても明らかな症状がなく、停止しません。 コンプレッサが不注意に摩耗して損傷する可能性があります。 コンプレッサの騒音、振動、または過電流は、オイル不足に関連している可能性があります。 コンプレッサやシステムの運転状態を正確に判断することは非常に重要です。 周囲温度が低いと、一部の油圧安全装置が誤動作し、コンプレッサーが摩耗する可能性があります。
コンプレッサのオイル不足による摩耗は、一般的に比較的均一です。 潤滑油がほとんどまたはまったくない場合、ベアリング表面で激しい摩擦が発生し、数秒以内に温度が急速に上昇します。 モーターの出力が十分に大きい場合、クランクシャフトは回転し続け、クランクシャフトとベアリングの表面は摩耗したり傷がついたりします。 そうしないと、クランクシャフトがベアリングによってロックされ、回転が停止します。 シリンダー内のピストンの往復運動も同じです。 オイル不足は摩耗や傷の原因となり、ひどい場合にはピストンがシリンダー内で固着して動かなくなってしまうこともあります。
2. 潤滑不足
摩耗の直接の原因は潤滑不足です。 油が不足すると潤滑不足になることは間違いありませんが、必ずしも油不足が潤滑不足の原因とは限りません。 不十分な潤滑は、次の 3 つの理由によっても引き起こされる可能性があります。潤滑油が軸受面に到達できない。 潤滑油は軸受面に達していますが、粘度が低すぎて十分な厚さの油膜を形成できません。 潤滑油は軸受面まで到達しているものの、過熱により分解し、潤滑油としての機能を果たせません。
オイルサクションスクリーンまたはオイル供給パイプラインの詰まり、またはオイルポンプの故障は、潤滑油の供給に影響を与える可能性があり、潤滑油はオイルポンプから離れた摩擦面に到達できません。 オイルサクションスクリーンとオイルポンプは正常ですが、ベアリングの摩耗や過剰なクリアランスにより、オイル漏れや油圧低下が発生し、オイルポンプから離れた摩擦面にアクセスできなくなり、摩耗や傷が発生する可能性があります。
液体の戻りは一般的なシステムの問題であり、液体の戻りの主な危険の 1 つは潤滑油の希釈にあります。 希釈された潤滑油が摩擦面に到達した後、その粘度は低く、十分な厚さの保護油膜を形成できず、時間の経過とともに摩耗する可能性があります。 戻り液量が比較的多い場合、潤滑油は非常に薄くなり、潤滑の役割を果たすことができないだけでなく、元の油膜を溶解して洗浄し、冷媒のフラッシングを引き起こします。
さまざまな理由（コンプレッサーの起動段階を含む）により、潤滑油が得られない摩擦面の温度が急激に上昇し、175℃を超えると潤滑油が分解し始めます。温度-油分解」は典型的な悪循環であり、コンロッド保持軸やピストンクランプシリンダーなどの悪性事故の多くはこの悪循環に関係しています。 分解した圧縮機には、潤滑不足や油切れが見られます。 オイルの不足は、一般に、比較的均一な表面損傷と高温の広い領域で現れますが、潤滑の不足は、オイルポンプから離れたベアリング面などの特定の場所での摩耗、傷、および高温でより一般的に現れます。
ピストンが上下動すると、ピストンピンの荷重が軸受面の上下の間で回転し、潤滑油がピストンピンを均一にブラッシングして十分な潤滑を行います。 排気バルブプレートが曲がったり破損したり、圧縮機が長時間高圧力比で作動したりすると、潤滑が不十分になり、ピストンピンの片側が摩耗し、気孔率が増加します。 ピストンピンにガタがあると上死点でピストンが飛び出し、バルブプレートやバルブプレートに当たり、コンコンと音がします。 したがって、バルブプレートを交換するときは、ピストンピンの摩耗を確認してください。
結論と推奨事項
オイルが不足すると、深刻な潤滑不足が発生する可能性があります。 オイル不足の根本的な原因は、コンプレッサーのオイルの流れの量と速度ではなく、システムのオイルの戻りが悪いことです。 油分離器を設置することで、油を素早く戻し、油戻しのないコンプレッサーの運転時間を延ばすことができます。 蒸発器と戻りラインの設計では、戻り油を考慮する必要があります。 頻繁な始動の回避、定期的な霜取り、適切なタイミングでの冷媒の補充、摩耗したピストン コンポーネントの適切なタイミングでの交換などのメンテナンス対策も、オイルを戻すのに役立ちます。
戻り液と冷媒の移動は潤滑油を希釈し、油膜の形成を助長しません。 オイルポンプの故障とオイル回路の閉塞は、オイル供給と圧力に影響を与え、摩擦面にオイルが不足する可能性があります。 摩擦面が高温になると、潤滑油の分解が促進され、潤滑油の潤滑能力が低下します。 これら3つの問題による潤滑不足は、多くの場合、コンプレッサーの損傷につながります。 石油不足の根本原因はシステムにあります。 したがって、コンプレッサーや一部の付属品を交換するだけでは、オイル不足の問題を根本的に解決することはできません。