售后市場報修空壓機竄油的分析及改進

居艷梅

（同濟大學汽車學院，上海200092）

售后市場報修空壓機竄油的分析及改進

居艷梅

（同濟大學汽車學院，上海200092）

介紹了售后市場上用戶報修空壓機竄油的質(zhì)量問題。從多方面分析了造成竄油問題的各種因素，并提出相應的解決措施。列舉了幾個處理竄油質(zhì)量問題的實際案例。為今后處理類似問題提供了參考。

空壓機竄油售后市場用戶報修

1 前言

在大中型客車及中、重型卡車上，空壓機（或稱空壓泵）有著廣泛的應用。空壓機系統(tǒng)的作用是：在合適的壓力范圍內(nèi)向整車用氣設備提供清潔、干燥和低溫的壓縮空氣，同時保證空壓機處于合理的負荷狀態(tài)，并且不影響發(fā)動機的性能。壓縮空氣主要用于剎車制動系統(tǒng)及客車的車門開關系統(tǒng)；對于某些高等級大客車，還用于整車的空氣彈簧懸架［1］。空壓機系統(tǒng)對于車輛的正常運行很重要。

空壓機系統(tǒng)的主要零部件有進氣管路、空壓機、排氣管路、干燥器/冷凝器、儲氣罐、調(diào)壓閥/安全閥/單向閥等。

售后市場上，與空壓機有關的質(zhì)量報修主要有：空壓機損壞，打氣速度慢，排氣管路或某部件漏氣，空壓機竄油等。本文就空壓機竄油這類問題，分析各種可能的影響因素，討論改善的思路，并列舉幾個實際案例。

2 關于空壓機竄油

用戶抱怨的空壓機竄油，指空壓機的排氣管路里、或下游的用氣設備里出現(xiàn)了過多的潤滑油。這些竄油，源頭都是來自于空壓機。

目前車用空壓機都是往復活塞式，是典型的“曲柄-連桿-活塞-活塞環(huán)”結構，類似柴油機，需要機油來潤滑［1］。在工作過程中，空壓機的曲軸箱內(nèi)充滿了油氣，而曲軸箱底部則始終存有較高溫度的機油。隨著活塞/活塞環(huán)的泵油效應，不可避免地會將曲軸箱中的油氣及一部分散布在缸筒內(nèi)壁及活塞環(huán)槽中的機油帶入到壓縮空氣中，并隨著空壓機排氣進入下游氣管路及儲氣系統(tǒng)，甚至用氣設備之中。空壓機排氣中的含油量過多，并且在進入儲氣設備之前仍未被有效地分離、排出，就形成了俗稱的“空壓機竄油”現(xiàn)象。按當前的行業(yè)水平，空壓機排出的壓縮空氣中含有極少量的潤滑油是難以避免的。

空壓機竄油會對空壓機系統(tǒng)造成危害，體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）控制閥或制動系統(tǒng)管路里的橡膠密封件出現(xiàn)腐蝕、損壞，嚴重時可能會造成制動控制系統(tǒng)失靈，影響行車安全。

（2）可能導致其他用氣設備（如空氣彈簧懸架）出現(xiàn)故障。

（3）缸蓋上的排氣閥及閥門彈簧結膠，影響空壓機的正常工作。

（4）機油耗增大，增加車輛的運營成本。

（5）排放超標，污染環(huán)境。

因此，必須嚴格控制壓縮空氣中的含油量。在實際中，客車及公交行業(yè)對竄油問題更加敏感，要求更嚴格。

關于空壓機竄油的具體指標，在我國有標準予以規(guī)范［2］，即QC/T 29078-1992《汽車用空壓機技術條件》中采用“隨氣排油量”進行量化規(guī)定。標準中規(guī)定，在轉(zhuǎn)速低于2 000 r/min時，隨氣排油量不得超過0.08 g/m3。但值得注意的是，這是對空壓機的量化指標，其限值及測試方法僅限于空壓機本身，并不涉及上下游的管路系統(tǒng)及其他零部件。

3 空壓機竄油的影響因素分析及應對措施

影響竄油程度的首要因素就是空壓機本身的結構設計。其次，還有其他因素，如：空壓機系統(tǒng)的進、排氣管路，空壓機與整車用氣設備的匹配等。另外還有市場因素及零部件的可靠性質(zhì)量問題等。

3.1 空壓機結構設計的影響

可能導致竄油問題的空壓機結構方面的因素主要有：（1）活塞環(huán)材料的選用是否合適；（2）活塞環(huán)與環(huán)槽之間的間隙、回油截面是否合適；（3）活塞與缸壁的間隙是否合適；（4）缸套是否存在嚴重的變形、失圓；（5）進油量過大；（6）回油不通暢。

因此，為從源頭控制隨氣排油量的多少，就需要從上述因素著手，優(yōu)化空壓機的結構設計，同時還必須保證空壓機自身的潤滑需要，不至于拉缸。

文獻［3］提到，通過降低空壓機的進油量，明顯改善了竄油問題。文獻［4］提到，通過優(yōu)化空壓機回油孔的結構，使回油更通暢，明顯改善了竄油問題。還有文獻［5］提到，通過增大空壓機的壓縮比，明顯改善了竄油問題。

3.2 空壓機與用氣設備匹配的影響

空壓機的排氣壓力和流量，必須與整車的用氣設備相匹配。如果排量偏小，則空壓機的負荷率（負荷系數(shù)）就會增大。負荷率過高，將導致泵氣時產(chǎn)生的熱量無法及時散出去，空壓機會過熱，這可能導致下列幾方面的問題：（1）空壓機故障率增加，使用壽命縮短；（2）活塞環(huán)的密封性下降，機油更容易混入排氣管路；（3）排氣溫度升高，影響下游干燥器的性能。

空壓機的負荷率，指空壓機泵氣的時間占車輛運行時間的比率。負荷率的測量，可以通過對整車的實際運行路譜做統(tǒng)計分析得到。

因此，如果負荷率過高，將造成空壓機可靠性下降，使用壽命明顯縮短，更容易引發(fā)包括竄油在內(nèi)的多種故障問題。普遍認為，空壓機的負荷率不得超過50%，一般推薦范圍30%～40%。

合理控制空壓機負荷率有以下途徑：（1）選擇大排量的空壓機；（2）根據(jù)整車空壓機系統(tǒng)的情況，選擇合適的卸荷類型；（3）優(yōu)化排氣管路，盡可能降低流動阻力；（4）選擇用氣量較小的用氣設備。

為降低空壓機的負荷率而選用大排量空壓機，也會帶來不利影響，因為空壓機的外形體積及重量會更大、消耗功率會更多、采購成本會更高。因此，大排量空壓機的方案需要做綜合評估，找到最優(yōu)平衡點。

空壓機的卸荷方式，有進氣卸荷和排氣卸荷兩種?？紤]到結構特點及零部件的可靠性因素，國內(nèi)更多采用的是排氣卸荷。

3.3 空壓機進排氣管路的影響

3.3.1 空壓機的進氣系統(tǒng)

空壓機的進氣必須是過濾后的清潔空氣，以避免活塞環(huán)的異常磨損。進氣管路應盡可能順暢，減少阻力，進氣口處的負壓越小越好（壓力的絕對值越小越好）；負壓越大越容易導致竄油。如S公司推薦，空壓機進氣口處的負壓限值為：排量小于500 L/min，負壓不得超過-4 kPa；排量大于500 L/min，負壓不得超過-5 kPa。

為降低空壓機進氣口處的負壓值，可采取的措施有：縮短取氣管路的長度、加大管路的有效通徑、優(yōu)化取氣管口的形狀、避免管路（橡膠管）折癟、減少氣管路的折彎等。文獻［3］和文獻［6］都提到，通過優(yōu)化進氣管路，降低進氣阻力，從而有效控制竄油的實例。

空壓機的進氣方式，首選從空濾器之后取氣。只有少數(shù)是從壓氣機之后取氣，此種方式的優(yōu)點是進氣阻力小，甚至是正壓，可提高空壓機的充氣效率。一般認為：對于公交客車類的整車，只推薦從空濾器后取氣的方式，原因在于公交客車的使用工況以低速大扭矩為主，增壓后取氣將使空壓機跟柴油機“搶氣”的效應更明顯，對發(fā)動機性能的負面影響過大。如，S公司對某排量為10 L的柴油機做過的臺架試驗，結果表明，相對于從大氣環(huán)境取氣，空壓機從中冷器后取氣時，柴油機性能有小幅度的惡化，功率、扭矩降低，油耗升高。

對于需要從增壓后取氣的柴油機，要事先經(jīng)過空壓機、增壓器與柴油機的整體性能匹配、調(diào)試。根據(jù)C公司的推薦，從增壓后取氣的空壓機系統(tǒng)，還必須在干燥器內(nèi)或干燥器之前，增加一個增壓保護閥，其作用是在空壓機卸載過程中，防止出現(xiàn)增壓后的柴油機進氣從空壓機系統(tǒng)泄漏，影響發(fā)動機性能。

此外，從增壓后取氣，即使從中冷器后取氣，進氣溫度仍然要高于空濾器后取氣，這將增加空壓機的熱負荷，對空壓機的可靠性是很不利的。圖1為兩種空壓機取氣方式的示意圖，其中，虛線為從空濾器后取氣，實線為從增壓（或中冷）后取氣。

圖1 兩種空壓機取氣方式的系統(tǒng)示意圖

3.3.2 空壓機的排氣系統(tǒng)

從空壓機排出的壓縮空氣溫度很高，最高可接近190℃，多數(shù)工況下也都處于120～160℃，這將極大地影響到下游干燥器的可靠性及正常使用，因此必須將排氣溫度降低。一般要求排氣溫度在進入干燥器之前不得高于66℃。為了降低排氣溫度，通常在干燥器之前裝配一個冷凝器，或濕儲氣筒，以冷凝過濾的方法搜集壓縮空氣中的水汽及油氣，并通過排污口將其排出。此環(huán)節(jié)“攔截”下來的油氣越多，下游的干燥器、儲氣罐及用氣設備出現(xiàn)油污，造成“竄油現(xiàn)象”的程度就越輕。文獻［5］提到，通過加大干燥器的容量，也能有效地改善竄油問題。

排氣管路的內(nèi)徑不能過小，以降低流動阻力。排氣管路的走向，應盡量連續(xù)下行，不得有下彎段，嚴格禁止上下蛇形盤繞布置，防止冷凝水及油水的沉積，否則在冬季時可能引起冰凍使排氣不暢。

3.4 其他因素

有些竄油問題是源于用戶的不規(guī)范使用，如：機油牌號不符合要求；未及時更換機油導致機油過臟，使空壓機的活塞環(huán)出現(xiàn)異常磨損等。再如：用戶長期超載運行，制動系統(tǒng)的用氣量明顯加大，使空壓機長時間高負荷運行。

還有些竄油問題是由于零部件的可靠性質(zhì)量差造成，比如：卸荷閥卡死，空壓機不能卸載而長期處于高負荷狀態(tài)運行。

4 對幾個空壓機竄油案例的處理

4.1 案例一

某公交公司反饋，車輛在使用過程中出現(xiàn)批量性的空壓機竄油問題，更換空壓機后使用不久再次出現(xiàn)竄油現(xiàn)象。首先對更換下來的空壓機舊件做故障件分析，按QC/T 29078標準的規(guī)定，在臺架上測試隨機排油量，未發(fā)現(xiàn)異常。之后，到現(xiàn)場對該柴油機在該車型上的安裝、匹配做檢查，并檢測空壓機的進氣阻力。測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 空壓機進氣阻力的實測結果

測試結果表明，發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過1000 r/min之后，空壓機進氣阻力都超過了-4 kPa，在扭矩點和標定點，進氣阻力更高，這是不合理的。根據(jù)S公司推薦：進氣阻力不得超過-4 kPa。

對空壓機進氣管路做優(yōu)化改進，加大取氣管路的直徑，適當縮短管路長度。之后再次測量，進氣阻力降低，基本符合推薦值。整改之后，竄油的程度明顯改善，得到了用戶的認可。

4.2 案例二

用戶（某車隊）報修反映，空壓機竄油量大、打氣慢，擔心可能會影響車輛運行安全，同時抱怨機油耗高導致運營成本增加。接報后，首先檢查了空壓機的進、排氣管路系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)異常，進氣阻力也在推薦范圍內(nèi)；其次又初步排除了各類調(diào)壓閥、干燥器等故障的可能性；再將更換下的幾臺空壓機，返回廠家做臺架測試，排氣量也符合技術要求，竄油量也無明顯異常。上述檢查排除了空壓機本身的質(zhì)量問題。后經(jīng)過與整車廠做進一步深入溝通，發(fā)現(xiàn)整車定型批產(chǎn)后對儲氣筒做過改動，由原定的容量85 L改為130 L。由此找到了問題根源，儲氣罐容量增加后，空壓機排氣量就偏小，導致打氣時間長，打氣速度慢。此外，由于排氣量偏小，導致空壓機長時間處于負載狀態(tài)，負荷率偏高，導致竄油量偏大。

根據(jù)整車的用氣量及儲氣罐的容量，重新匹配空壓機，選用排量更大的空壓機。跟蹤驗證，用戶反映改進效果很明顯。

4.3 案例三

某公交公司反映，整車行駛2 000～4 000 km，批量出現(xiàn)空壓機竄油大的現(xiàn)象，并且導致冷凝器密封圈腐蝕損壞，擔心整車的氣路系統(tǒng)存在安全隱患，要求主機廠分析空壓機竄油及冷凝器損壞的原因，并及時整改。到公交公司汽修廠現(xiàn)場查看，確認冷凝器、干燥器出口處確實存在大量的油污，見圖2。已拆下的冷凝器O型橡膠圈，已經(jīng)有變形失效的情況，見圖3。

按標準QC/T 29078在現(xiàn)場隨機測試了3輛車，均未發(fā)現(xiàn)異常。對冷凝器O型圈做材質(zhì)分析，為丁腈橡膠?？諌簷C至冷凝器之間的排氣管路，材質(zhì)為銅管，長度約2.8 m。經(jīng)測量，經(jīng)過銅管冷卻后的壓縮空氣在到達冷凝器時溫度約120℃。據(jù)此初步判斷原因是：空壓機的排氣在到達冷凝器時溫度過高，超過了冷凝器O型橡膠圈的承受能力，因此導致O型圈的失效、變型，密封性變差，甚至漏油；而密封圈失效后，反過來又使得空壓機更頻繁地加壓泵氣，負荷率升高，從而進一步惡化空壓機的隨氣排油量。

解決方案：降低到達冷凝器時的排氣溫度，防止O型圈失效。在實際整改中，由于該車型的結構限制，排氣管路的改動比較困難，經(jīng)過優(yōu)化后排氣溫度有降低但仍偏高，因此，實際的處理方案是：對排氣管路略做優(yōu)化，適當加長，同時更改了O型圈的材質(zhì)，選用能夠承受更高溫度的耐油橡膠。批量更換后，跟蹤了十個月，未再出現(xiàn)冷凝器O型圈失效、漏氣漏油的質(zhì)量報修。

4.4 案例四

某公司反映，車隊中有幾輛車子，空氣懸架氣囊的高度閥橡膠圈損壞嚴重，拆檢更換時還發(fā)現(xiàn)有大量機油，認為是空壓機竄油量大所致，要求更換空壓機并分析竄油量大的原因。

現(xiàn)場對車輛檢查，未發(fā)現(xiàn)空壓機及氣管路系統(tǒng)有明顯異常，但是冷凝器的排污口處比較干燥，無油跡，這比較反常。一般情況下只要冷凝器的排油功能正常，通過排污口出來的油氣、水汽，很容易吸附灰塵，導致排污口有明顯的油污現(xiàn)象。而斷開空壓機排氣管與冷凝器的管路，簡單測試空壓機的隨氣排油量，未發(fā)現(xiàn)異常。因此，基本斷定是冷凝器的排油功能出現(xiàn)了故障。

進一步了解該型號冷凝器的工作原理：冷凝器的排油是通過延時繼電器控制，繼電器每10 min通電一次，一次通電時間為7 s，讓冷凝器的排油閥工作，向外排出油污。再對報修車輛做此測試，發(fā)現(xiàn)排污閥不工作，壓縮空氣中的油、水無法正常排出。過多的機油無法排出，集聚在氣囊的高度閥里，而高度閥的橡膠閥片的耐油性一般，最終造成高度閥的閥片失效。更換損壞的冷凝器，同時將氣囊的高度閥片更換為耐油性更好的材質(zhì)。

圖2 冷凝器出口存在明顯油污

圖3 冷凝器O型圈已明顯變型

5 結束語

售后市場上，引起空壓機竄油質(zhì)量報修的原因有多方面。在處理此類市場報修時，一般都可基于本文上述分析對各因素做逐項排查、確認。當然，還要結合現(xiàn)場問題的具體情況，綜合分析，從可能性較大、又便于查找的因素著手。

［1］《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊·設計篇［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］QC/T 29078，汽車用空氣壓縮機技術條件.

［3］邢磊，蔡敏.空氣壓縮機竄油質(zhì)量問題的試驗研究及其設計改進［J］.柴油機設計與制造，2011（1）.

［4］唐喻林.CCEC車用發(fā)動機上的空壓機介紹及常見故障分析［J］.重發(fā)科技，2005（3）.

［5］王儀林，楊俊武.柴油機用空壓泵的性能改善［J］.柴油機設計與制造，2013（2）.

［6］龐冰薇，黃冬梅.汽車用空氣壓縮機進氣管路對竄油故障影響的研究分析［J］.內(nèi)燃機，2013（5）.

圖5 BN法（磁彈法）檢測裝置原理

4.5 磁彈法在磨削燒傷上的應用

目前該方法主要使用一種芬蘭Stresstech公司研制的Rollsca磁彈儀系列儀器，且主要在發(fā)動機凸輪軸、曲軸、軸承、齒輪等高硬度磨削表面進行過燒傷檢測試驗與應用。

5 結語

運用巴克豪森效應及儀器檢查高硬度軸類磨削表面是否燒傷，已被認為是可行的。但目前拘于表面狀態(tài)與MP值的對應關系邊界較模糊，不能準確界定，儀器與檢測探頭成本較高，使其在生產(chǎn)線上的應用受到限制?？梢灶A料，在多種高硬度表面磨削燒傷檢查領域，隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的需要，磁彈法的應用將逐步得到推廣。

圖6 表面狀態(tài)與MP值的對應關系

參考文獻

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Analysis and Improvement for Oil-Expelling Problem of Air Compressor in the Aftermarket

Ju Yanmei
（Tongji University，School of Automotives Studies，Shanghai 200092，China）

The paper introduced the oil-expelling problem of air compressor in the aftermarket.Many influencing factors to the problem have been analyzed in various aspects，and the corresponding solutions are pointed out.The author listed several actual-cases about the repairing processing of oil-expelling problems. It's helpful to dealing with the similar quality issues.

air compressor，oil-expelling，aftermarket，maintenace service

10.3969/j.issn.1671-0614.2015.04.013

來稿日期：2015-08-29

居艷梅（1976-），女，工程師，主要研究方向為用戶市場質(zhì)量問題的分析及改進。