新能源汽车用滑片式空气压缩机研究

摘要：随着科技的进步以及国家政策的引导，新能源汽车最近几年突飞猛进。目前大多数的新能源车，如纯电动客车、纯电动物流车、纯电动洗扫车等都采用气压制动系统及气动门控系统。电动空气压缩机为整车气压制动系统及其他辅助用气系统提供气源，是电动汽车车必不可少的关键零部件之一。目前车载空气压缩机主要有四种：活塞式空压机、螺杆式空压机、滑片式空压机、涡旋空压机。四种产品各有优缺点，与活塞式、螺杆式相比，滑片式空压机凭借其超长的寿命、良好的可靠性、优异的排气质量、最高的效率和最少的维护量占有着全方位的优势

关键词：新能源汽车；滑片式空气压缩机

1.滑片式空气压缩机的在新能源汽车上的应用：

滑片式空气压缩机是提供气源动力的设备，它是将原始的机械能或者电能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。在传统燃料汽车中，发动机通过齿轮啮合带动空气压缩机运转，产生压缩空气驱动气动执行元件。纯电动汽车取消了发动机，空气压缩机必须电机化由电池驱动，输出的压缩空气主要用于刹车系统，门泵和离合器分泵，空气悬架等。

当车载储气瓶中的压力不足时，车载控制器发出开关指令后电源接通，滑片式空气压缩机开始运转。当车载储气瓶中的压力达到额定的压力时，车载控制器发出开关指令后电源断开，空压机停止工作。刹车系统的最低压力设置一般为5.5bar，最高压力为8-10bar，低于前者控制器发出指令空压机开启供气，高于后者则空压机关闭停止供气。这两个数值设定是根据刹车系统的实际需要在控制器中预先設置的。

2.滑片式空气压缩机的原理：

滑片式空压机是唯一采用接触密封的回转式空压机，主要由电机、机壳、转子、定子、滑片等主要部件组成，转子外表面与气缸内表呈圆形，转子偏心的安装在气缸内，转子上开有若干滑片槽，每个槽中装有自由滑动的滑片，转子旋转时，滑片受离心力的作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，当转子旋转时，压缩室的容积随滑片的滑出量而变化。

在吸气过程中，空气经由空气过滤器及进气调节比例阀而吸入，该调节阀主要根据排气压力而控制进气量。滑片式空气压缩机中有高效的润滑系统，该系统主要用于滑片式空压机的润滑和降温，转子高速旋转过程中，润滑油在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。滑片在运行时依靠离心力被甩出，而定子中喷入的润滑油使滑片与定子之间产生了一层油膜，它主要起密封作用，防止气体从高压侧向低压侧回流，有效防止滑片与转子间隙漏气导致的内泄露问题。在压缩过程中，压缩机转子的滑片与气缸之间容积不断减少，压缩后的油气混合气经迷宫后实现一次机械分离除掉油气混合物内99%的润滑油，然后再经过油气分离滤芯进行二次过滤分离，使压缩空气中含油量低至2PPM，最终排出洁净的压缩气体。随着转子的高速旋转，气体的不断压缩，当机头的内部温度达到84度左右时，机头部位与冷凝器向联通的温度控制阀自动打开，润滑油流进冷凝器中，使得泵腔内的温度始终不高于110度。

3.滑片式空压机的优势：

1.稳定可靠，使用寿命长：滑片式压缩机属于主动型密封，滑片长时间运行后虽然会有一定的磨损，但滑片是主动甩向定子的，能自动补偿，所以滑片式压缩机容积效率始终如一，使用寿命在10万小时以上。

2.体积小，重量轻：滑片式空气压缩机采用全铝壳体，重量较轻。整机外形很简单，几乎看不到任何备件。它使用空气过滤器，进气阀，油分离器，安全阀，最小压力阀，机油滤清器，温控旁通阀，回流阀等部件均以模块的形式集中在模块中。转动部件采用滑动轴承，由于没有轴向力，不需要推力轴承总成体积小且易拆卸，方便后期的维护保养。

3.电机转速低，传动效率高：滑片式空气压缩机采用电机与泵头通过弹性联轴器直连的方式联结，保证了99%以上的传动效率。

4.运行平稳，噪音低：回转压缩机的噪音主要源于机头内部的气体泄漏。采用接触密封的滑片压缩机有效的阻止了内泄漏，所以噪音比其他类型压缩机要小，一般不需要隔音装置。

4.滑片式空压机的选型：

滑片式压缩机排气量一般在0.3～40m3/min，选配空压机的步骤是：先确定工作压力，再定相应容积流量。

压力选型，首先要确定用气端所需要的工作压力，加上1-2 bar的余量，再选择空压机的压力，（该余量是考虑从空压机安装地点到实际用气端管路距离的压力损失，根据距离的长短在1-2 bar之间适当考虑压力余量）。当然，管路通径的大小和转弯点的多少也是影响压力损失的因素，管路通径越大且转弯点越少，则压力损失越小；反之，则压力损失就越大。因此，当空压机与各用气端管路之间距离太远时，应适当放大主管路的通径。如果环境条件符合空压机的安装要求且工况允许的话，可在用气端就近安装。

容积流量选型，在选择空压机容积流量时，应先了解所有的用气设备的容积流量，把流量的总数乘以1.2（即放大20%余量）；在功率不变的情况下，当转速发生变化时，容积流量和工作压力也相应发生变化；例如：一台22KW的空压机，在制造时确定工作压力为7bar，根据压缩机主机技术曲线计算转速，排气量为3.8 m3/min。当确定工作压力为8bar时，转速必须降低（否则驱动电机会超负荷），这时，排气量为3.6 m3/min；因为，转速降低了，排气也相应减少了，依此类推。功率的选型是在满足工作压力和容积流量的条件下，供电容量能满足所匹配驱动电机的使用功率即可。

5.滑片式空压机的维护保养及注意事项：

车辆初期运行5000公里，须首次更换机油，后续每运行20000～30000公里或1年必须更換机油（以先到为准）。车辆运行过程中应每5000公里或一个半月通过油镜或油尺检查机油的清洁度及机油高度。若因运营环境恶劣导致机油未到维护抑里程提前污浊必须及时更换机油，若油位下降到油镜中心红点以下（油尺下限）时.应及时加油。车辆每运行5000公里或一个半月，应拆开空滤盖，取出其中滤芯，清理灰尘。每运行60000公里必须更换空压机空气滤芯。

由于滑片式空气压缩机利用空压机油进行润滑和冷却，反转后油循环无法建立，会引起泵头高温跳机或拉缸卡死故障。因此恢复运转时，必须确保电机旋向与“旋向标识”方向一致，避免造成反转。压缩机不能在高于铭牌規定的排气压力下工作，否则电动机会过载，导致电动机和压缩机损坏。整机搬运时不许将受力点作用在主机和电机上，应将受力点作用在安装底座上。搬运时小心不要磕碰。加油通过观察窗或油尺检查油位高低。若油不够，应及时加油。

6.常见故障与分析：

基于目前的科技水平，绝大多数的滑片式空气压缩机都是需要靠润滑油来润滑和降温的，基于目前整车厂的问题反馈以及多年的滑片式空气压缩机行业经验，润滑油的乳化问题是最常见的。润滑油的乳化是指润滑油出现了乳黄色、乳白色的现象，看起来像酸奶，还有少许的泡泡，实质上是润滑油发生了化学变化。发生乳化的润滑油则无法实现正常的润滑和降温作用，导致空压机的滑片与转子间无法形成油膜，导致内泄露增大，排气量不足，润滑不够导致滑片式空气压缩的磨损加大，严重的情况会导致叶片无法正常甩出，导致无法排气，润滑油无法正常流动导致机头温度过高，出现空压机高温跳机而停止工作。润滑油出现乳化，一般是混入了不相容的液体，也就是水。

解决润滑油乳化问题的方案：1.减少压缩空气过程中冷凝水的产生

（1）优化滑片式空压机的内部构造：

a、在泵头与冷凝器之间增加温控阀，设置开启温度为80℃，使得泵腔内部温度得到有效交换恒定的同时，确保润滑油温度始终大于露点温度，不至于有一定湿度的高温高密度的压缩气体中的水分接触到低温的润滑油液面时而凝析。

b、在泵头中内置卸荷阀：开机时卸荷阀处于打开状态，使部分压缩空气回流到吸气口，形成内循环，快速建立压力和提高温度，减少压缩气体析出冷凝水的程度；关机时卸荷阀处于关闭状态，使得泵腔与出气口快速联通放出内腔的高压气体，杜绝压缩气体在泵腔内析出冷凝水。

（2）优化新能源汽车的控制方案：

在控制器中设置首次开机连续运行10分钟，使空压机内腔温度迅速升高至露点温度之上（23～75 ℃），以后5-8分钟在气压降至0.55bar时补气1.5分钟，温度上升10 ℃左右，可以使停机过程中下降的温度得以弥补，保持在80 ℃度左右，就可以保证没有冷凝水的析出。

2.提高润滑油的抗乳化性能：与专业的润滑油生产企业进行合作，在润滑油中假如适量的抗乳化因子，研制一款专门针队滑片式空气压缩机用的具备良好的抗乳化性能的润滑油。

参考文献

[1]杨富林，王钧，吴泰. JB/T4253-2013一般用喷油滑片空气压缩机.机械工业出版社

[2]郁永章. 容積式压缩机技术手册.机械工业出版社

作者简介：孙利杰（1983.10），男，汉族，山西长治人，中级工程师，本科，大连德润电动汽车科技有限公司，研究方向：新能源汽车的刹车与助力转向。

（作者单位：大连德润电动汽车科技有限公司）