淺談車用電動(dòng)空壓機(jī)在新能源汽車上的應(yīng)用

陳建翔　楊曉虎　張仕淼　季浩杰　張浩偉

摘 要：文章以車用電動(dòng)空壓機(jī)為研究?jī)?nèi)容，對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)其在新能源車輛上控制策略做了分析，最后對(duì)其管路布局做分析，望對(duì)各大主機(jī)后續(xù)空壓機(jī)管路布局有所借鑒。

關(guān)鍵詞：車用電動(dòng)空氣壓縮機(jī) 應(yīng)用

新能源汽車應(yīng)用至今，市場(chǎng)日趨成熟，各種車型應(yīng)用層出不窮，但是相對(duì)底盤管路布局方面，各家理念差異點(diǎn)較大，業(yè)內(nèi)也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文特針對(duì)車用電動(dòng)空壓機(jī)壓縮機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行概述。主要的有以下幾點(diǎn)：

1 車用電動(dòng)空氣壓縮機(jī)類型

從目前市場(chǎng)上的電動(dòng)空氣壓縮機(jī)總成的結(jié)構(gòu)來看，活塞式的空壓機(jī)用量最大，主要有傳統(tǒng)車用油潤(rùn)滑式活塞式改型的活塞式有油電動(dòng)空氣壓縮機(jī)，全無油活塞式電動(dòng)空壓機(jī);其次應(yīng)該是油潤(rùn)滑式滑片式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)，渦旋式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)，螺桿式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)。

從結(jié)構(gòu)上來講，活塞式空壓機(jī)將氣體從外部抽入空壓機(jī)缸體，經(jīng)過內(nèi)部的活塞，閥片等機(jī)構(gòu)，其實(shí)活塞式空壓機(jī)閥片就是一個(gè)單向閥結(jié)構(gòu)，通過活塞不斷地行程運(yùn)動(dòng)，氣體堆積形成壓力;而滑片式，渦旋式，螺桿式空壓機(jī)，依靠滑片的體積變化，或者螺桿，渦盤的轉(zhuǎn)到導(dǎo)致容積變化產(chǎn)生氣體擠壓，那么進(jìn)氣同出氣端實(shí)際是想通的，那就不難解釋不少無油渦旋機(jī)出氣口單獨(dú)配置了單向閥。其次從結(jié)構(gòu)上講，滑片機(jī)，螺桿機(jī)，渦旋機(jī)若是油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，則必然添加油水分離裝置，否則機(jī)子無法適應(yīng)車載管路。但是從機(jī)體自身結(jié)構(gòu)上講，出氣端必須配置油氣分離裝置，則壓縮空氣中的冷凝水始終同出氣空氣，潤(rùn)滑油液在一起，油水混合，空壓機(jī)壓縮過程中加熱，就帶來了油乳化事件，終究解釋了市場(chǎng)上原先使用此類結(jié)構(gòu)的設(shè)備，無法通過控制邏輯來杜絕油品乳化問題;從而市場(chǎng)上車用電動(dòng)空氣壓縮機(jī)不得不往活塞式油潤(rùn)滑空壓機(jī)或無油結(jié)構(gòu)發(fā)展。

2 車用電動(dòng)空壓機(jī)管路布局

首先，簡(jiǎn)述進(jìn)氣部分。因?yàn)樾履茉词袌?chǎng)的爆發(fā)，很多原先只生產(chǎn)工業(yè)機(jī)的空壓機(jī)廠家轉(zhuǎn)型做新能源車用電動(dòng)空壓機(jī)，然而部分空壓機(jī)廠家，主機(jī)客戶對(duì)空壓機(jī)進(jìn)氣的布局是非常潦草隨意的，筆者走訪市場(chǎng)時(shí)對(duì)某些空壓機(jī)廠家的部分進(jìn)氣結(jié)構(gòu)是不敢茍同的。例如某空壓機(jī)廠家將其進(jìn)氣過濾組織僅用一塊直徑30mm左右的紙濾就解決了;某汽車廠設(shè)計(jì)灑水車布局管路時(shí)，將灑水噴頭對(duì)準(zhǔn)了空壓機(jī)的進(jìn)氣組織;更有部分汽車廠將進(jìn)氣口布置在輪胎后方…其實(shí)筆者認(rèn)為，空壓機(jī)只是氣體的搬運(yùn)工，只是將大氣進(jìn)行壓縮，那么它吸入的物質(zhì)，那么它輸出的物質(zhì)是相同的，你讓它多吸水，那么它就多出水;進(jìn)氣組織堵塞那么將會(huì)造成進(jìn)氣負(fù)壓過大，針對(duì)油潤(rùn)滑空壓機(jī)來說，吸氣腔體的負(fù)壓過大，負(fù)壓過大極易導(dǎo)致出氣時(shí)隨氣含油量過大，加劇管路污染;針對(duì)無油空壓機(jī)來說，輕微的細(xì)塵更會(huì)破壞內(nèi)部高分子材料的表層，加劇磨損，導(dǎo)致無油機(jī)早期失效;無論油潤(rùn)滑空壓機(jī)，還是無油潤(rùn)滑空壓機(jī)，進(jìn)氣的空氣的清潔度往往決定了空壓機(jī)的使用壽命。

而目前市場(chǎng)上已有的布局情況來看，效果最好的應(yīng)當(dāng)是空調(diào)風(fēng)道引氣，空調(diào)的濾芯作為第一道進(jìn)氣過濾后，風(fēng)道上截口，再裝一只過濾空濾器，最后引入空壓機(jī)，但是這種布局需防止風(fēng)道聯(lián)通車廂內(nèi)部，否則，空壓機(jī)打氣時(shí)脈沖容易引起車廂薄壁板共振，車廂內(nèi)噪音無法承受;其次為首道進(jìn)氣過濾放置干凈的地方，此類方案為現(xiàn)有主流方案，但是仍需考慮進(jìn)氣組織保養(yǎng)問題。

其次，簡(jiǎn)述出氣部分。無論油潤(rùn)滑式空壓機(jī)或者無油潤(rùn)滑式空壓機(jī)，務(wù)必做好排污環(huán)節(jié)。從油潤(rùn)滑空壓機(jī)來講，汽車廠始終不希望將隨氣含油，粉塵等物質(zhì)排入管路，導(dǎo)致氣制動(dòng)氣閥污染，甚至橡膠件泡油導(dǎo)致橡膠件棉化等系列故障，引發(fā)車輛行駛安全;從無油潤(rùn)滑空壓機(jī)來講，缺少油潤(rùn)滑后，始終是由高分子材料進(jìn)行密封運(yùn)動(dòng)，缺少了油的活動(dòng)，金屬制品熱脹冷縮過程中產(chǎn)生的冷凝水必然大于油潤(rùn)滑式的空壓機(jī)，若不處理好冷凝水問題，冬季來臨，尤其北方地區(qū)將會(huì)發(fā)生凍管，導(dǎo)致管路破損等系列問題影響運(yùn)營(yíng)，制動(dòng)安全等。綜合上述兩點(diǎn)，車輛應(yīng)用中就務(wù)必需要考慮排污問題。首先考慮的是管路走向問題，空壓機(jī)出氣口至干燥器、冷凝器或者濕儲(chǔ)氣筒進(jìn)氣部位管路走向應(yīng)當(dāng)為順延向下，這樣可以避免中途若折彎產(chǎn)生無法流通節(jié)點(diǎn)，極易蓄水;第二，應(yīng)當(dāng)考慮放水裝置的控制邏輯問題，筆者建議利用空壓機(jī)打氣間隙，對(duì)放水裝置進(jìn)行動(dòng)作排水，借助管路中的高壓氣體，沖刷油污，冷凝水，不易積水，結(jié)冰凍管。

3 車用電動(dòng)空壓機(jī)控制邏輯

首先最低啟動(dòng)氣壓值，停機(jī)氣壓值得選擇。新能源車追求的是節(jié)能減排低碳，不同與傳統(tǒng)車的是，新能源用車載電動(dòng)空氣壓縮機(jī)需做控制邏輯，當(dāng)車輛氣壓低于最低需求氣壓時(shí)，空壓機(jī)進(jìn)行工作打氣，當(dāng)氣壓值高于最高需求氣壓時(shí)，干燥器進(jìn)行卸荷，同時(shí)空壓機(jī)停止工作，其余時(shí)間段不工作。那么最低需求氣壓值的取值該如何定？筆者認(rèn)為，彈簧制動(dòng)氣室解除駐車制動(dòng)所需氣壓值小于等于500KPa左右，早期新能源車一般設(shè)定的最低需求氣壓值為600-700KPa，實(shí)際應(yīng)當(dāng)從整車儲(chǔ)氣筒的布局，也就是全行程制動(dòng)的角度來考慮，例如設(shè)置最低需求氣壓值為650KPa，而全行程制動(dòng)僅1腳不到，則整車氣壓值馬上低于500KPa，那么這個(gè)最低氣壓值肯定設(shè)計(jì)不合理，同時(shí)整車儲(chǔ)氣筒布局可能有問題。同時(shí)各相關(guān)法規(guī)提出，整車氣壓值需高于1000KPa，作為空壓機(jī)停機(jī)氣壓值。那么如果，當(dāng)整車氣壓值處于1000Kpa時(shí)，全行程制動(dòng)僅1腳，整車氣壓值就降至空壓機(jī)最低啟動(dòng)氣壓了，那么也是不太合理的，這樣的話，會(huì)造成空壓機(jī)頻繁打氣，失去了節(jié)能的意義。

若是最低啟動(dòng)氣壓值至彈簧制動(dòng)氣室所需氣壓值全行程制動(dòng)有2腳，空壓機(jī)停機(jī)氣壓值至最低啟動(dòng)氣壓值有3腳以上，那么車輛的制動(dòng)又可以滿足GB7258法規(guī)需求，當(dāng)然還需考慮其余的輔助用氣的裝置，例如車門用氣，氣囊用氣等。

傳統(tǒng)的空壓機(jī)大部分為不停機(jī)工作，干燥器卸荷后，所有的氣將直接通入大氣，卸荷期間將是很大的能源浪費(fèi);若是一直向干燥器通氣不卸荷，干燥器的分子篩等將極易失效，所以干燥器設(shè)定回關(guān)壓降值約100KPa-200KPa，試圖頻繁利用反吹延緩干燥器分子篩壽命。這個(gè)也就是現(xiàn)有很多廠家提議使用干燥器回關(guān)壓降作為空壓機(jī)的啟停氣壓值，但是筆者認(rèn)為，當(dāng)前整車氣壓值需提升至1000KPa，干燥器的回關(guān)壓降為100KPa，那么是否認(rèn)為500KPa-900KPa這部分氣壓就閑置了，同時(shí)空壓機(jī)啟停的次數(shù)將會(huì)增加很多，空壓機(jī)的排氣溫度也會(huì)相對(duì)地上升很多，分子篩類的產(chǎn)品是有進(jìn)氣溫度需求的，其實(shí)就是整車廠家取舍長(zhǎng)時(shí)間低溫進(jìn)氣，還是長(zhǎng)時(shí)間地相對(duì)高溫頻繁反吹，同時(shí)筆者曾同各大主機(jī)廠交流過此類問題，也做了此類實(shí)驗(yàn)，相同的條件下，空壓機(jī)啟動(dòng)越頻繁則能耗越高，這個(gè)其實(shí)和生活中經(jīng)常性開日光燈好還是短時(shí)離開不關(guān)燈好是同理。

終上所述，關(guān)于最低啟動(dòng)氣壓值的選擇，筆者認(rèn)為首先應(yīng)當(dāng)考慮的是制動(dòng)安全，也就是全行程制動(dòng)的腳數(shù)，在全行程制動(dòng)允許的情況下，盡可能地延長(zhǎng)最低啟動(dòng)氣壓值到干燥器卸荷的值，例如部分8m板簧車型，空壓機(jī)打滿氣停機(jī)后，全行程制動(dòng)3腳以上，空壓機(jī)才會(huì)接到啟動(dòng)信號(hào)開始工作，而此時(shí)整車的氣壓值大于700KPa以上，同時(shí)700KPa至彈簧制動(dòng)氣室所需氣壓值還有2腳以上的全行程制動(dòng)氣壓，那么該車從空壓機(jī)的角度來講，它的負(fù)載率就會(huì)較低，將較為節(jié)能，可能數(shù)十分鐘才運(yùn)作一次，單次打氣的排氣溫度遠(yuǎn)低于頻繁打氣，同時(shí)兼顧干燥器進(jìn)氣溫度低，確保干燥器的壽命。當(dāng)然，若是氣囊車，那么就需要增加儲(chǔ)氣筒容積確保用氣安全。

其次，啟停機(jī)邏輯的選擇。目前市場(chǎng)運(yùn)用最多的邏輯為can信號(hào)控制空壓機(jī)啟停，第二種為can信號(hào)，空壓機(jī)電機(jī)電流信號(hào)結(jié)合控制，第三種為can信號(hào)，干燥器4口卸荷信號(hào)結(jié)合控制，第四種為電控干燥器反饋信號(hào)控制。幾個(gè)邏輯各有優(yōu)缺點(diǎn)，不做細(xì)述，唯獨(dú)需考慮的點(diǎn)為：①單獨(dú)can信號(hào)控制空壓機(jī)停機(jī)時(shí)需考慮延時(shí)確保干燥器卸荷，若干燥器不卸荷對(duì)干燥器的壽命將有很大的影響，采集的點(diǎn)需略微遠(yuǎn)離干燥器卸荷點(diǎn)，例如干燥器卸荷壓力為1000KPa，若can信號(hào)也采集這個(gè)信號(hào)點(diǎn)，干燥器卸荷值有公差，can信號(hào)傳感器采集點(diǎn)也有公差，可能永遠(yuǎn)無法達(dá)到同步控制，若是避開公差帶，can信號(hào)采集壓力值為900KPa，延時(shí)30s停機(jī)，就可能較好地避開了，當(dāng)然各家選型不同，停機(jī)的壓力值及延時(shí)時(shí)間需做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;②不建議兩種以上邏輯并存，避免邏輯干涉。例如采用電控干燥器反饋信號(hào)，又提供can信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)沖突時(shí)，容易造成混亂。

4 車輛空壓機(jī)選型

車輛的空壓機(jī)選型目前市場(chǎng)是比較凌亂的，筆者接到很多主機(jī)客戶打電話來咨詢空壓機(jī)型號(hào)時(shí)，都是報(bào)的電機(jī)功率。筆者認(rèn)為，空壓機(jī)的選型應(yīng)該是基于打氣時(shí)間的需求，例如參考GB7258要求采用氣壓制動(dòng)的機(jī)動(dòng)車，發(fā)動(dòng)機(jī)在75%的額定轉(zhuǎn)速下，4min內(nèi)氣壓表的指示氣壓從零開始升至起步氣壓，以此信息為例，當(dāng)以儲(chǔ)氣筒總?cè)莘e，及空壓機(jī)排量去計(jì)算打氣時(shí)間，若是依據(jù)電機(jī)功率是無法明確的，參考GB19153空壓機(jī)的能效等級(jí)鑒定也是無法明確的。

根據(jù)這些年市場(chǎng)上匹配的經(jīng)驗(yàn)，參考筆者所在公司情況，大體的儲(chǔ)氣罐與排量如表1所示：

（筆者市場(chǎng)走訪時(shí)發(fā)現(xiàn)不少銘牌信息完全不符合現(xiàn)有工業(yè)水平的現(xiàn)象，不予理會(huì)，不做贅述，僅以筆者現(xiàn)有公司水平推薦，不足之處還望海涵！）

5 結(jié)語

在日常應(yīng)用中，車用電動(dòng)空壓機(jī)應(yīng)遵循合理的匹配應(yīng)用，參照相應(yīng)的法規(guī)，才能更好地匹配車輛使用，更好地提升顧客的使用體驗(yàn)感，更好地延續(xù)車輛零部件使用壽命，從而達(dá)到雙贏的目的！

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 7258 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件.

[2]QC/T 996 汽車空氣干燥器技術(shù)要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法.

[3]GB 19153 容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí).

[4]機(jī)械工業(yè)出版社 《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)》.

[5]QC/T 汽車用空氣壓縮機(jī)性能要求及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)方法.