新能源汽車用滑片式空氣壓縮機(jī)研究

摘要：隨著科技的進(jìn)步以及國家政策的引導(dǎo)，新能源汽車最近幾年突飛猛進(jìn)。目前大多數(shù)的新能源車，如純電動(dòng)客車、純電動(dòng)物流車、純電動(dòng)洗掃車等都采用氣壓制動(dòng)系統(tǒng)及氣動(dòng)門控系統(tǒng)。電動(dòng)空氣壓縮機(jī)為整車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助用氣系統(tǒng)提供氣源，是電動(dòng)汽車車必不可少的關(guān)鍵零部件之一。目前車載空氣壓縮機(jī)主要有四種：活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)、渦旋空壓機(jī)。四種產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)，與活塞式、螺桿式相比，滑片式空壓機(jī)憑借其超長的壽命、良好的可靠性、優(yōu)異的排氣質(zhì)量、最高的效率和最少的維護(hù)量占有著全方位的優(yōu)勢

關(guān)鍵詞：新能源汽車；滑片式空氣壓縮機(jī)

1.滑片式空氣壓縮機(jī)的在新能源汽車上的應(yīng)用：

滑片式空氣壓縮機(jī)是提供氣源動(dòng)力的設(shè)備，它是將原始的機(jī)械能或者電能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。在傳統(tǒng)燃料汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過齒輪嚙合帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行元件。純電動(dòng)汽車取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣壓縮機(jī)必須電機(jī)化由電池驅(qū)動(dòng)，輸出的壓縮空氣主要用于剎車系統(tǒng)，門泵和離合器分泵，空氣懸架等。

當(dāng)車載儲(chǔ)氣瓶中的壓力不足時(shí)，車載控制器發(fā)出開關(guān)指令后電源接通，滑片式空氣壓縮機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)車載儲(chǔ)氣瓶中的壓力達(dá)到額定的壓力時(shí)，車載控制器發(fā)出開關(guān)指令后電源斷開，空壓機(jī)停止工作。剎車系統(tǒng)的最低壓力設(shè)置一般為5.5bar，最高壓力為8-10bar，低于前者控制器發(fā)出指令空壓機(jī)開啟供氣，高于后者則空壓機(jī)關(guān)閉停止供氣。這兩個(gè)數(shù)值設(shè)定是根據(jù)剎車系統(tǒng)的實(shí)際需要在控制器中預(yù)先設(shè)置的。

2.滑片式空氣壓縮機(jī)的原理：

滑片式空壓機(jī)是唯一采用接觸密封的回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)，主要由電機(jī)、機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、定子、滑片等主要部件組成，轉(zhuǎn)子外表面與氣缸內(nèi)表呈圓形，轉(zhuǎn)子偏心的安裝在氣缸內(nèi)，轉(zhuǎn)子上開有若干滑片槽，每個(gè)槽中裝有自由滑動(dòng)的滑片，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑片受離心力的作用從槽中甩出，其端部緊貼在氣缸內(nèi)表面上，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮室的容積隨滑片的滑出量而變化。

在吸氣過程中，空氣經(jīng)由空氣過濾器及進(jìn)氣調(diào)節(jié)比例閥而吸入，該調(diào)節(jié)閥主要根據(jù)排氣壓力而控制進(jìn)氣量。滑片式空氣壓縮機(jī)中有高效的潤滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于滑片式空壓機(jī)的潤滑和降溫，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程中，潤滑油在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損?；谶\(yùn)行時(shí)依靠離心力被甩出，而定子中噴入的潤滑油使滑片與定子之間產(chǎn)生了一層油膜，它主要起密封作用，防止氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)回流，有效防止滑片與轉(zhuǎn)子間隙漏氣導(dǎo)致的內(nèi)泄露問題。在壓縮過程中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的滑片與氣缸之間容積不斷減少，壓縮后的油氣混合氣經(jīng)迷宮后實(shí)現(xiàn)一次機(jī)械分離除掉油氣混合物內(nèi)99%的潤滑油，然后再經(jīng)過油氣分離濾芯進(jìn)行二次過濾分離，使壓縮空氣中含油量低至2PPM，最終排出潔凈的壓縮氣體。隨著轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，氣體的不斷壓縮，當(dāng)機(jī)頭的內(nèi)部溫度達(dá)到84度左右時(shí)，機(jī)頭部位與冷凝器向聯(lián)通的溫度控制閥自動(dòng)打開，潤滑油流進(jìn)冷凝器中，使得泵腔內(nèi)的溫度始終不高于110度。

3.滑片式空壓機(jī)的優(yōu)勢：

1.穩(wěn)定可靠，使用壽命長：滑片式壓縮機(jī)屬于主動(dòng)型密封，滑片長時(shí)間運(yùn)行后雖然會(huì)有一定的磨損，但滑片是主動(dòng)甩向定子的，能自動(dòng)補(bǔ)償，所以滑片式壓縮機(jī)容積效率始終如一，使用壽命在10萬小時(shí)以上。

2.體積小，重量輕：滑片式空氣壓縮機(jī)采用全鋁殼體，重量較輕。整機(jī)外形很簡單，幾乎看不到任何備件。它使用空氣過濾器，進(jìn)氣閥，油分離器，安全閥，最小壓力閥，機(jī)油濾清器，溫控旁通閥，回流閥等部件均以模塊的形式集中在模塊中。轉(zhuǎn)動(dòng)部件采用滑動(dòng)軸承，由于沒有軸向力，不需要推力軸承總成體積小且易拆卸，方便后期的維護(hù)保養(yǎng)。

3.電機(jī)轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)效率高：滑片式空氣壓縮機(jī)采用電機(jī)與泵頭通過彈性聯(lián)軸器直連的方式聯(lián)結(jié)，保證了99%以上的傳動(dòng)效率。

4.運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低：回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的噪音主要源于機(jī)頭內(nèi)部的氣體泄漏。采用接觸密封的滑片壓縮機(jī)有效的阻止了內(nèi)泄漏，所以噪音比其他類型壓縮機(jī)要小，一般不需要隔音裝置。

4.滑片式空壓機(jī)的選型：

滑片式壓縮機(jī)排氣量一般在0.3～40m3/min，選配空壓機(jī)的步驟是：先確定工作壓力，再定相應(yīng)容積流量。

壓力選型，首先要確定用氣端所需要的工作壓力，加上1-2 bar的余量，再選擇空壓機(jī)的壓力，（該余量是考慮從空壓機(jī)安裝地點(diǎn)到實(shí)際用氣端管路距離的壓力損失，根據(jù)距離的長短在1-2 bar之間適當(dāng)考慮壓力余量）。當(dāng)然，管路通徑的大小和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)的多少也是影響壓力損失的因素，管路通徑越大且轉(zhuǎn)彎點(diǎn)越少，則壓力損失越??；反之，則壓力損失就越大。因此，當(dāng)空壓機(jī)與各用氣端管路之間距離太遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放大主管路的通徑。如果環(huán)境條件符合空壓機(jī)的安裝要求且工況允許的話，可在用氣端就近安裝。

容積流量選型，在選擇空壓機(jī)容積流量時(shí)，應(yīng)先了解所有的用氣設(shè)備的容積流量，把流量的總數(shù)乘以1.2（即放大20%余量）；在功率不變的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，容積流量和工作壓力也相應(yīng)發(fā)生變化；例如：一臺(tái)22KW的空壓機(jī)，在制造時(shí)確定工作壓力為7bar，根據(jù)壓縮機(jī)主機(jī)技術(shù)曲線計(jì)算轉(zhuǎn)速，排氣量為3.8 m3/min。當(dāng)確定工作壓力為8bar時(shí)，轉(zhuǎn)速必須降低（否則驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)超負(fù)荷），這時(shí)，排氣量為3.6 m3/min；因?yàn)?，轉(zhuǎn)速降低了，排氣也相應(yīng)減少了，依此類推。功率的選型是在滿足工作壓力和容積流量的條件下，供電容量能滿足所匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用功率即可。

5.滑片式空壓機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)及注意事項(xiàng)：

車輛初期運(yùn)行5000公里，須首次更換機(jī)油，后續(xù)每運(yùn)行20000～30000公里或1年必須更換機(jī)油（以先到為準(zhǔn)）。車輛運(yùn)行過程中應(yīng)每5000公里或一個(gè)半月通過油鏡或油尺檢查機(jī)油的清潔度及機(jī)油高度。若因運(yùn)營環(huán)境惡劣導(dǎo)致機(jī)油未到維護(hù)抑里程提前污濁必須及時(shí)更換機(jī)油，若油位下降到油鏡中心紅點(diǎn)以下（油尺下限）時(shí).應(yīng)及時(shí)加油。車輛每運(yùn)行5000公里或一個(gè)半月，應(yīng)拆開空濾蓋，取出其中濾芯，清理灰塵。每運(yùn)行60000公里必須更換空壓機(jī)空氣濾芯。

由于滑片式空氣壓縮機(jī)利用空壓機(jī)油進(jìn)行潤滑和冷卻，反轉(zhuǎn)后油循環(huán)無法建立，會(huì)引起泵頭高溫跳機(jī)或拉缸卡死故障。因此恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須確保電機(jī)旋向與“旋向標(biāo)識(shí)”方向一致，避免造成反轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)不能在高于銘牌規(guī)定的排氣壓力下工作，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)過載，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)損壞。整機(jī)搬運(yùn)時(shí)不許將受力點(diǎn)作用在主機(jī)和電機(jī)上，應(yīng)將受力點(diǎn)作用在安裝底座上。搬運(yùn)時(shí)小心不要磕碰。加油通過觀察窗或油尺檢查油位高低。若油不夠，應(yīng)及時(shí)加油。

6.常見故障與分析：

基于目前的科技水平，絕大多數(shù)的滑片式空氣壓縮機(jī)都是需要靠潤滑油來潤滑和降溫的，基于目前整車廠的問題反饋以及多年的滑片式空氣壓縮機(jī)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，潤滑油的乳化問題是最常見的。潤滑油的乳化是指潤滑油出現(xiàn)了乳黃色、乳白色的現(xiàn)象，看起來像酸奶，還有少許的泡泡，實(shí)質(zhì)上是潤滑油發(fā)生了化學(xué)變化。發(fā)生乳化的潤滑油則無法實(shí)現(xiàn)正常的潤滑和降溫作用，導(dǎo)致空壓機(jī)的滑片與轉(zhuǎn)子間無法形成油膜，導(dǎo)致內(nèi)泄露增大，排氣量不足，潤滑不夠?qū)е禄娇諝鈮嚎s的磨損加大，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致葉片無法正常甩出，導(dǎo)致無法排氣，潤滑油無法正常流動(dòng)導(dǎo)致機(jī)頭溫度過高，出現(xiàn)空壓機(jī)高溫跳機(jī)而停止工作。潤滑油出現(xiàn)乳化，一般是混入了不相容的液體，也就是水。

解決潤滑油乳化問題的方案：1.減少壓縮空氣過程中冷凝水的產(chǎn)生

（1）優(yōu)化滑片式空壓機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造：

a、在泵頭與冷凝器之間增加溫控閥，設(shè)置開啟溫度為80℃，使得泵腔內(nèi)部溫度得到有效交換恒定的同時(shí)，確保潤滑油溫度始終大于露點(diǎn)溫度，不至于有一定濕度的高溫高密度的壓縮氣體中的水分接觸到低溫的潤滑油液面時(shí)而凝析。

b、在泵頭中內(nèi)置卸荷閥：開機(jī)時(shí)卸荷閥處于打開狀態(tài)，使部分壓縮空氣回流到吸氣口，形成內(nèi)循環(huán)，快速建立壓力和提高溫度，減少壓縮氣體析出冷凝水的程度；關(guān)機(jī)時(shí)卸荷閥處于關(guān)閉狀態(tài)，使得泵腔與出氣口快速聯(lián)通放出內(nèi)腔的高壓氣體，杜絕壓縮氣體在泵腔內(nèi)析出冷凝水。

（2）優(yōu)化新能源汽車的控制方案：

在控制器中設(shè)置首次開機(jī)連續(xù)運(yùn)行10分鐘，使空壓機(jī)內(nèi)腔溫度迅速升高至露點(diǎn)溫度之上（23～75 ℃），以后5-8分鐘在氣壓降至0.55bar時(shí)補(bǔ)氣1.5分鐘，溫度上升10 ℃左右，可以使停機(jī)過程中下降的溫度得以彌補(bǔ)，保持在80 ℃度左右，就可以保證沒有冷凝水的析出。

2.提高潤滑油的抗乳化性能：與專業(yè)的潤滑油生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，在潤滑油中假如適量的抗乳化因子，研制一款專門針隊(duì)滑片式空氣壓縮機(jī)用的具備良好的抗乳化性能的潤滑油。

參考文獻(xiàn)

[1]楊富林，王鈞，吳泰. JB/T4253-2013一般用噴油滑片空氣壓縮機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社

[2]郁永章. 容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社

作者簡介：孫利杰（1983.10），男，漢族，山西長治人，中級(jí)工程師，本科，大連德潤電動(dòng)汽車科技有限公司，研究方向：新能源汽車的剎車與助力轉(zhuǎn)向。

（作者單位：大連德潤電動(dòng)汽車科技有限公司）