浅谈车用电动空压机在新能源汽车上的应用

陈建翔　杨晓虎　张仕淼　季浩杰　张浩伟

摘 要：文章以车用电动空压机为研究内容，对其使用环境进行分析，同时对其在新能源车辆上控制策略做了分析，最后对其管路布局做分析，望对各大主机后续空压机管路布局有所借鉴。

关键词：车用电动空气压缩机 应用

新能源汽车应用至今，市场日趋成熟，各种车型应用层出不穷，但是相对底盘管路布局方面，各家理念差异点较大，业内也没有统一标准，本文特针对车用电动空压机压缩机的应用进行概述。主要的有以下几点：

1 车用电动空气压缩机类型

从目前市场上的电动空气压缩机总成的结构来看，活塞式的空压机用量最大，主要有传统车用油润滑式活塞式改型的活塞式有油电动空气压缩机，全无油活塞式电动空压机;其次应该是油润滑式滑片式电动空气压缩机，涡旋式电动空气压缩机，螺杆式电动空气压缩机。

从结构上来讲，活塞式空压机将气体从外部抽入空压机缸体，经过内部的活塞，阀片等机构，其实活塞式空压机阀片就是一个单向阀结构，通过活塞不断地行程运动，气体堆积形成压力;而滑片式，涡旋式，螺杆式空压机，依靠滑片的体积变化，或者螺杆，涡盘的转到导致容积变化产生气体挤压，那么进气同出气端实际是想通的，那就不难解释不少无油涡旋机出气口单独配置了单向阀。其次从结构上讲，滑片机，螺杆机，涡旋机若是油润滑结构，则必然添加油水分离装置，否则机子无法适应车载管路。但是从机体自身结构上讲，出气端必须配置油气分离装置，则压缩空气中的冷凝水始终同出气空气，润滑油液在一起，油水混合，空压机压缩过程中加热，就带来了油乳化事件，终究解释了市场上原先使用此类结构的设备，无法通过控制逻辑来杜绝油品乳化问题;从而市场上车用电动空气压缩机不得不往活塞式油润滑空压机或无油结构发展。

2 车用电动空压机管路布局

首先，简述进气部分。因为新能源市场的爆发，很多原先只生产工业机的空压机厂家转型做新能源车用电动空压机，然而部分空压机厂家，主机客户对空压机进气的布局是非常潦草随意的，笔者走访市场时对某些空压机厂家的部分进气结构是不敢苟同的。例如某空压机厂家将其进气过滤组织仅用一块直径30mm左右的纸滤就解决了;某汽车厂设计洒水车布局管路时，将洒水喷头对准了空压机的进气组织;更有部分汽车厂将进气口布置在轮胎后方…其实笔者认为，空压机只是气体的搬运工，只是将大气进行压缩，那么它吸入的物质，那么它输出的物质是相同的，你让它多吸水，那么它就多出水;进气组织堵塞那么将会造成进气负压过大，针对油润滑空压机来说，吸气腔体的负压过大，负压过大极易导致出气时随气含油量过大，加剧管路污染;针对无油空压机来说，轻微的细尘更会破坏内部高分子材料的表层，加剧磨损，导致无油机早期失效;无论油润滑空压机，还是无油润滑空压机，进气的空气的清洁度往往决定了空压机的使用寿命。

而目前市场上已有的布局情况来看，效果最好的应当是空调风道引气，空调的滤芯作为第一道进气过滤后，风道上截口，再装一只过滤空滤器，最后引入空压机，但是这种布局需防止风道联通车厢内部，否则，空压机打气时脉冲容易引起车厢薄壁板共振，车厢内噪音无法承受;其次为首道进气过滤放置干净的地方，此类方案为现有主流方案，但是仍需考虑进气组织保养问题。

其次，简述出气部分。无论油润滑式空压机或者无油润滑式空压机，务必做好排污环节。从油润滑空压机来讲，汽车厂始终不希望将随气含油，粉尘等物质排入管路，导致气制动气阀污染，甚至橡胶件泡油导致橡胶件棉化等系列故障，引发车辆行驶安全;从无油润滑空压机来讲，缺少油润滑后，始终是由高分子材料进行密封运动，缺少了油的活动，金属制品热胀冷缩过程中产生的冷凝水必然大于油润滑式的空压机，若不处理好冷凝水问题，冬季来临，尤其北方地区将会发生冻管，导致管路破损等系列问题影响运营，制动安全等。综合上述两点，车辆应用中就务必需要考虑排污问题。首先考虑的是管路走向问题，空压机出气口至干燥器、冷凝器或者湿储气筒进气部位管路走向应当为顺延向下，这样可以避免中途若折弯产生无法流通节点，极易蓄水;第二，应当考虑放水装置的控制逻辑问题，笔者建议利用空压机打气间隙，对放水装置进行动作排水，借助管路中的高压气体，冲刷油污，冷凝水，不易积水，结冰冻管。

3 车用电动空压机控制逻辑

首先最低启动气压值，停机气压值得选择。新能源车追求的是节能减排低碳，不同与传统车的是，新能源用车载电动空气压缩机需做控制逻辑，当车辆气压低于最低需求气压时，空压机进行工作打气，当气压值高于最高需求气压时，干燥器进行卸荷，同时空压机停止工作，其余时间段不工作。那么最低需求气压值的取值该如何定？笔者认为，弹簧制动气室解除驻车制动所需气压值小于等于500KPa左右，早期新能源车一般设定的最低需求气压值为600-700KPa，实际应当从整车储气筒的布局，也就是全行程制动的角度来考虑，例如设置最低需求气压值为650KPa，而全行程制动仅1脚不到，则整车气压值马上低于500KPa，那么这个最低气压值肯定设计不合理，同时整车储气筒布局可能有问题。同时各相关法规提出，整车气压值需高于1000KPa，作为空压机停机气压值。那么如果，当整车气压值处于1000Kpa时，全行程制动仅1脚，整车气压值就降至空压机最低启动气压了，那么也是不太合理的，这样的话，会造成空压机频繁打气，失去了节能的意义。

若是最低启动气压值至弹簧制动气室所需气压值全行程制动有2脚，空压机停机气压值至最低启动气压值有3脚以上，那么车辆的制动又可以满足GB7258法规需求，当然还需考虑其余的輔助用气的装置，例如车门用气，气囊用气等。

传统的空压机大部分为不停机工作，干燥器卸荷后，所有的气将直接通入大气，卸荷期间将是很大的能源浪费;若是一直向干燥器通气不卸荷，干燥器的分子筛等将极易失效，所以干燥器设定回关压降值约100KPa-200KPa，试图频繁利用反吹延缓干燥器分子筛寿命。这个也就是现有很多厂家提议使用干燥器回关压降作为空压机的启停气压值，但是笔者认为，当前整车气压值需提升至1000KPa，干燥器的回关压降为100KPa，那么是否认为500KPa-900KPa这部分气压就闲置了，同时空压机启停的次数将会增加很多，空压机的排气温度也会相对地上升很多，分子筛类的产品是有进气温度需求的，其实就是整车厂家取舍长时间低温进气，还是长时间地相对高温频繁反吹，同时笔者曾同各大主机厂交流过此类问题，也做了此类实验，相同的条件下，空压机启动越频繁则能耗越高，这个其实和生活中经常性开日光灯好还是短时离开不关灯好是同理。

终上所述，关于最低启动气压值的选择，笔者认为首先应当考虑的是制动安全，也就是全行程制动的脚数，在全行程制动允许的情况下，尽可能地延长最低启动气压值到干燥器卸荷的值，例如部分8m板簧车型，空压机打满气停机后，全行程制动3脚以上，空压机才会接到启动信号开始工作，而此时整车的气压值大于700KPa以上，同时700KPa至弹簧制动气室所需气压值还有2脚以上的全行程制动气压，那么该车从空压机的角度来讲，它的负载率就会较低，将较为节能，可能数十分钟才运作一次，单次打气的排气温度远低于频繁打气，同时兼顾干燥器进气温度低，确保干燥器的寿命。当然，若是气囊车，那么就需要增加储气筒容积确保用气安全。

其次，启停机逻辑的选择。目前市场运用最多的逻辑为can信号控制空压机启停，第二种为can信号，空压机电机电流信号结合控制，第三种为can信号，干燥器4口卸荷信号结合控制，第四种为电控干燥器反馈信号控制。几个逻辑各有优缺点，不做细述，唯独需考虑的点为：①单独can信号控制空压机停机时需考虑延时确保干燥器卸荷，若干燥器不卸荷对干燥器的寿命将有很大的影响，采集的点需略微远离干燥器卸荷点，例如干燥器卸荷压力为1000KPa，若can信号也采集这个信号点，干燥器卸荷值有公差，can信号传感器采集点也有公差，可能永远无法达到同步控制，若是避开公差带，can信号采集压力值为900KPa，延时30s停机，就可能较好地避开了，当然各家选型不同，停机的压力值及延时时间需做实验验证;②不建议两种以上逻辑并存，避免逻辑干涉。例如采用电控干燥器反馈信号，又提供can信号，两个信号冲突时，容易造成混乱。

4 车辆空压机选型

车辆的空压机选型目前市场是比较凌乱的，笔者接到很多主机客户打电话来咨询空压机型号时，都是报的电机功率。笔者认为，空压机的选型应该是基于打气时间的需求，例如参考GB7258要求采用气压制动的机动车，发动机在75%的额定转速下，4min内气压表的指示气压从零开始升至起步气压，以此信息为例，当以储气筒总容积，及空压机排量去计算打气时间，若是依据电机功率是无法明确的，参考GB19153空压机的能效等级鉴定也是无法明确的。

根据这些年市场上匹配的经验，参考笔者所在公司情况，大体的储气罐与排量如表1所示：

（笔者市场走访时发现不少铭牌信息完全不符合现有工业水平的现象，不予理会，不做赘述，仅以笔者现有公司水平推荐，不足之处还望海涵！）

5 结语

在日常应用中，车用电动空压机应遵循合理的匹配应用，参照相应的法规，才能更好地匹配车辆使用，更好地提升顾客的使用体验感，更好地延续车辆零部件使用寿命，從而达到双赢的目的！

参考文献：

[1]GB 7258 机动车运行安全技术条件.

[2]QC/T 996 汽车空气干燥器技术要求及台架试验方法.

[3]GB 19153 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级.

[4]机械工业出版社 《活塞式压缩机设计》.

[5]QC/T 汽车用空气压缩机性能要求及台架实验方法.