純電動客車電動空氣壓縮機故障抑制方法

艾儒彬

(廈門金龍旅行車有限公司，福建 廈門 361026)

電動空氣壓縮機(簡稱電動空壓機)是純電動客車的關鍵零部件之一，對車輛的舒適性、經(jīng)濟性和安全可靠性都有重要影響。純電動客車使用的電動空壓機主要有活塞式、滑片式、螺桿式和渦旋式。由于滑片式具備效率高、噪聲小、振動輕等特點，其使用較多。本文對某純電動客車搭載的滑片式電動空壓機常見故障進行原因分析，并尋求有效的改善措施。

1 故障原因分析

滑片式電動空壓機由電動機和空氣壓縮機兩部分組成，使用過程中電動機的故障相對較少，主要是空壓機常出現(xiàn)故障。有關故障及產(chǎn)生的主要原因如下：

1)竄油、竄氣。主要是潤滑油規(guī)格不符、油分芯損壞和回油閥堵塞引起。

2)壓力不當、漏氣、功率突降。主要是壓力閥損壞、管路泄漏、空氣濾清器或油分芯堵塞引起。

3)過熱。主要是潤滑油不足導致散熱異常、工作環(huán)境溫度過高、排氣量或控制信號異常導致運行時間過長引起。

4)運轉中有異響。主要是連接松動、缺潤滑油或軸承損壞引起。

5)無法啟動，不工作。主要是高低壓電源或控制信號異常、壓縮機內部卡住引起。

滑片式電動空壓機與傳統(tǒng)燃油車用的機械式空壓機相比，產(chǎn)生有關故障的原因基本相似，但前者故障率更高?？諌簷C的損壞，既有使用、維護、保養(yǎng)方面的原因，也有設計、生產(chǎn)方面的原因。特別是其潤滑油乳化后導致電動空壓機損壞的問題，因難以準確判定故障責任方而可能引發(fā)爭議。

2 故障抑制方法

2.1 產(chǎn)品設計優(yōu)化

國標要求：純電動客車在相對濕度≤90%的環(huán)境下都要能可靠運行；從儲氣筒的氣壓下限升壓至氣壓上限，空壓機的工作時長≤6 min。在額定工作壓力下，空壓機首次運行一般要30 min才能達到熱平衡。電動空壓機運行過程中會吸入自然空氣中的水分，如果沒有及時排出機體，其油腔內很容易形成冷凝水，潤滑油與冷凝水混合后發(fā)生乳化，從而失去潤滑、密封和冷卻等作用，使部件加劇磨損。

為防止空壓機潤滑油發(fā)生乳化，很多車輛采取的措施是空壓機首次啟動時強制讓其運行20～30 min，達到熱平衡后空壓機的啟停只受打氣使能信號控制。采用此控制方式的車輛，如果經(jīng)常在空氣水分含量較高的多雨濕熱環(huán)境或在消耗壓縮氣體較少的高速路面使用，仍會常出現(xiàn)因潤滑油乳化導致電動空壓機損壞的問題?？蓪Υ丝刂品绞讲扇?.1.1節(jié)和2.1.2節(jié)的措施進行優(yōu)化，使吸入機體的水分更少并將機體中的水分及時排出，以有效防止?jié)櫥桶l(fā)生乳化。同時空壓機的智能啟停，還降低了能耗和避免了噪聲。

2.1.1 增加進氣加熱裝置

在空壓機的進氣端增加進氣加熱格柵加熱裝置。由于進氣口截面積較小且進氣流速快，可采用增大管道內徑的方法來提升加熱除濕效果。在進氣濾清器和空壓機進氣口之間，安裝一個直徑約為原管徑3倍的圓形儲氣罐，加熱格柵安裝在儲氣罐內部。自然空氣從濾清器進氣口進入，過濾后流經(jīng)儲氣罐加熱格柵再進入空壓機。特別是在多雨濕熱環(huán)境下，能明顯減少電動空壓機吸入空氣水分。

車輛使用時，整車VCU通過采集空壓機溫度、環(huán)境空氣溫度和相對濕度，來控制進氣加熱裝置工作。同時，整車VCU通過CAN通信發(fā)送報文給儀表，進氣加熱裝置工作時，儀表顯示加熱工作指示燈，方便駕駛員察看其工作狀態(tài)。

2.1.2 智能啟?？刂?/p>

車輛在各種工況下運行都可采用以下方法智能判斷空壓機是運行狀態(tài)還是停機狀態(tài)：

1)車輛每次上電啟動時，整車VCU首先檢測空壓機溫度。如空壓機溫度≥高溫保護溫度(一般為110 ℃)，則空壓機和加熱格柵都不工作，同時儀表顯示“空壓機過溫”信息。此時如整車氣壓≥安全行車氣壓(一般為0.6 MPa)，則車輛可限速(<30 km/h)行駛；如整車氣壓<安全行車氣壓(即0.6 MPa)，則需等空壓機溫度<高溫保護溫度(即110 ℃)后，空壓機才能啟動打氣，車輛才能起步。如空壓機溫度<高溫保護溫度(即110 ℃)，則進入本節(jié)第2)條，并檢測打氣使能信號。這讓空壓機溫度維持在理想的范圍內，不但能提升空壓機的比功率，而且還能及時有效排出電動空壓機機體中的水分，抑制其滑潤油發(fā)生乳化。

2)整車VCU通過采集整車氣路中干燥器處的氣壓開關量或者儲氣筒上氣壓傳感器的模擬量，來判斷是否有打氣使能信號。如無打氣使能信號且空壓機溫度≥冷機溫度(一般為50 ℃)，則空壓機和加熱格柵都不工作；如有使能信號且熱平衡溫度(一般為80 ℃)≤空壓機溫度<高溫保護溫度(即110 ℃)，則進入本節(jié)第3)條；如有使能信號且空壓機溫度<熱平衡溫度(即80 ℃)或無使能信號且空壓機溫度<冷機溫度(即50 ℃)，則進入本節(jié)第4)條，并檢測加熱信號。這讓整車氣壓維持在理想的范圍內，始終能保證供氣充足。

3)此狀態(tài)下，加熱格柵不加熱。以額定排氣壓力為1.0 MPa的電動空壓機為例，車輛上電啟動時，如VCU檢測到整車氣壓低于空壓機啟動氣壓(一般為0.68 MPa)，就開始產(chǎn)生打氣使能信號，則空壓機自行啟動打氣。如整車氣壓升至空壓機停機氣壓(一般為0.9 MPa)，則打氣使能信號停止，VCU檢測不到使能信號后空壓機同步停機。這對經(jīng)常踩剎車或開關車門消耗壓縮氣體較多的車輛，不但能始終保證供氣充足，而且還能將空壓機維持在熱平衡狀態(tài)。

4)此狀態(tài)下，當整車VCU采集到環(huán)境空氣溫度≤設定值(一般為8 ℃)或相對濕度≥設定值(一般為85%)時，則產(chǎn)生加熱信號，加熱格柵開始加熱。如VCU已產(chǎn)生加熱信號或加熱格柵已開始加熱，且VCU檢測到使能信號，則進入本節(jié)第5)條；若VCU沒有檢測到使能信號，則進入本節(jié)第6)條?？諌簷C啟動后，當VCU檢測到空壓機需要停機時，加熱格柵就同步停止加熱。這能明顯減少空壓機吸入空氣水分。

5)此狀態(tài)下，當整車VCU檢測到空壓機溫度<熱平衡溫度(即80 ℃)，空壓機則自行啟動。如空壓機是上電后首次運行，則使能信號停止后，再繼續(xù)運行5 min或當VCU檢測到空壓機溫度≥熱平衡溫度(即80 ℃)時才停機；如空壓機不是上電后首次運行，則使能信號停止時空壓機就同步停機?？諌簷C達到熱平衡就停機，不但避免了空壓機盲目地運行，而且還降低了整車能耗。

6)此狀態(tài)下，當整車VCU檢測到空壓機溫度<冷機溫度(即50 ℃)或空壓機停工時長≥停機時長(一般為1 h)時，則判定空壓機為冷機狀態(tài)。如空壓機為冷機狀態(tài)，當車速≥設定車速(一般為20 km/h)時，空壓機就自行啟動，同時開始計算工作時長；如VCU檢測到車速降至20 km/h時則暫時停機，車速大于20 km/h后又自行啟動，直至VCU檢測到空壓機溫度≥熱平衡溫度(即80 ℃)或運行完設定時長(一般為10 min)后空壓機才停機。當空壓機暫停且出現(xiàn)整車氣壓不足(即<0.68 MPa)時，VCU則產(chǎn)生打氣使能信號，進入本節(jié)第5)條。這能夠避免空壓機在冷機狀態(tài)下運行，對經(jīng)常高速行駛消耗壓縮氣體較少的車輛，能及時有效地排出電動空壓機機體中的水分，同時也避免產(chǎn)生噪聲。

2.2 優(yōu)化裝配工藝

電動空壓機的性能和使用壽命，還與其關聯(lián)部件的安裝布局有關。以下措施可以提升其性能并有效抑制故障發(fā)生：

1)空壓機的安裝位置要遠離熱源并有良好的通風散熱性，且不能讓泥水直接飛濺到機體上。

2)空氣濾清器應安裝在清潔度較高，且便于檢修、更換的通風位置。

3)空壓機排氣管后端應始終比前端的安裝高度低，且前段和后段都要低于機體排氣口。

2.3 正確使用和維護

如仍按傳統(tǒng)燃油車的方法使用或維護純電動車輛，可能會造成電動空壓機提前損壞。采取以下措施可以有效抑制電動空壓機的故障產(chǎn)生：

1)熟悉駕駛操作規(guī)范和日常維護注意事項，出車前后應通過電動空壓機觀察孔查看潤滑油的情況，行車中要注意查看儀表顯示信息。

2)應按車輛廠家要求，每行駛1.5萬km或30日做一次一級維護，每行駛5萬km或120日做一次二級維護，經(jīng)常在山區(qū)、沙漠等惡劣環(huán)境下運行的車輛需縮短維護周期。同時對長期停放未使用的車輛也必須要按要求維護。

3)維護所用的潤滑油、濾清器等耗材的規(guī)格型號須與原車一樣。

3 結束語

正確使用和維護電動空壓機對其性能和壽命非常關鍵，在優(yōu)化裝配工藝的同時，通過智能啟?？刂坪驮黾舆M氣加熱裝置優(yōu)化其性能，故障率大幅降低，產(chǎn)品更為可靠。特別是經(jīng)常在濕熱環(huán)境和高速路面運行的純電動客車，效果更為明顯。