本文首發(fā)《汽車測試報告》4月上刊期，由作者授權(quán)發(fā)布

摘要：近幾年來新能源車輛發(fā)展勢頭迅猛，需求量不斷攀升，電動空氣壓縮機(jī)是新能源商用車輛氣制動系統(tǒng)核心關(guān)鍵部件之一，處于不斷更新?lián)Q代中，同時，因市場優(yōu)勝劣汰原則，各電動空氣壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠家，正積極尋求發(fā)展方向。基于此，結(jié)合車用電動空氣壓縮機(jī)的市場應(yīng)用情況，對車用電動空氣壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢展開分析。

關(guān)鍵詞：新能源；新能源汽車；電動空氣壓縮機(jī)

作者簡介：
楊柳，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考O(shè)計；
朱彬，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考O(shè)計；
周勝博，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考O(shè)計。

當(dāng)前石油資源日益短缺，城市污染日趨嚴(yán)重，世界各國都在積極推動新能源汽車的發(fā)展。我國是能源消耗大國，石油嚴(yán)重依賴進(jìn)口，故發(fā)展新能源汽車已成為我國國家戰(zhàn)略，是我國從汽車大國走向汽車強(qiáng)國的必經(jīng)之路，作為綠色能源代表的新能源商用車應(yīng)運(yùn)而生。電驅(qū)動空氣壓縮機(jī)作為新能源商用車輛制動系統(tǒng)的核心零部件，其各方面性能直接關(guān)系到車輛制動系統(tǒng)的運(yùn)行性能和可靠性，同時影響到整車的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、舒適性能。我國是發(fā)展中國家，道路設(shè)施建設(shè)相對落后，道路上行人車輛混行、機(jī)動車非機(jī)動車混行，交通狀況復(fù)雜；地理狀況復(fù)雜，包含山地、高海拔等路段。這些對汽車的制動系統(tǒng)性能提出了更高的要求，也要求氣源裝置必須提供有更高壓力的氣源、更加可靠的運(yùn)行性能、更長的使用壽命等[1]。

1 發(fā)展背景

自2012年國務(wù)院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》以來，我國堅持純電驅(qū)動戰(zhàn)略取向，新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了巨大成就，成為世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要力量之一。2020年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，到2025年，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右，力爭經(jīng)過15年的持續(xù)努力，我國新能源汽車核心技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。純電動汽車成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車全面電動化，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用[2]。

電動空氣壓縮機(jī)為車輛氣壓制動系統(tǒng)、空氣懸掛系統(tǒng)或其他輔助用氣裝置提供壓縮空氣，是新能源電動汽車必不可少的關(guān)鍵零部件之一，是新能源商用汽車制動系統(tǒng)的核心部件。隨著國家推廣新能源汽車，應(yīng)用財政支持政策的推出以及各地新能源汽車地方性政策的推出，都為電動空氣壓縮機(jī)的發(fā)展提供了一個巨大的市場，下圖為常見傳統(tǒng)空壓機(jī)與電動空氣壓縮機(jī)的對比[3-5]。

2 電動空氣壓縮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著新能源商用汽車的發(fā)展，電驅(qū)動空壓機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，市場上出現(xiàn)了多種不同結(jié)構(gòu)類型的電動空氣壓縮機(jī)，根據(jù)各汽車廠商近十年來的市場驗(yàn)證，螺桿式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)、渦旋式空壓機(jī)等機(jī)型，由于油氣乳化、排氣壓力低、可靠性差等原因，已經(jīng)難以滿足各車用工況需求，逐步被市場所淘汰，目前國內(nèi)市場的電動空氣壓縮機(jī)以活塞式空壓機(jī)為主[6]。

對 比 項

有油活塞式

螺桿式

滑片式

渦旋式

潤滑油種類

傳統(tǒng)柴油機(jī)機(jī)油

專用螺桿機(jī)油

專用滑片機(jī)油

/

潤滑油對行車安全性

安全

如果保養(yǎng)不及時、污染用氣系統(tǒng)，使其中的橡膠件發(fā)脹、老化，容易造成制動系統(tǒng)失效

/

潤滑油消耗量

較少

較大

較大

/

潤滑油乳化變質(zhì)

無

極易

極易

/

潤滑油環(huán)境適應(yīng)性

與外界接觸少

易受外界空氣污染

易受外界空氣污染

/

油氣分離器

不需要

必需

必需

/

油分離器濾芯壽命

/

短

短

/

潤滑油溫控制

不需要

必需

必需

/

環(huán)境濕度影響

較小

較大

較大

/

排氣壓力

可以短時過載

一般

一般

較低

特殊維護(hù)經(jīng)驗(yàn)要求

無

較高

較高

很高

環(huán)境適應(yīng)性

很好

差

差

差

使用壽命

很好

差

差

差

3 活塞式電動空氣壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢

目前市場上所用的電動空氣壓縮機(jī)基本上還是有油活塞式空壓機(jī)，其不但需要定期加油、換油維護(hù)，而且一旦出現(xiàn)“串油”漏油等故障，還會額外增加不少費(fèi)用，甚至造成二次污染。因此，開發(fā)全無油電動空氣壓縮機(jī)，不但可以為用戶節(jié)省大筆潤滑油的費(fèi)用，而且全無油電動空氣壓縮機(jī)對用氣管路完全無損害，也不會出現(xiàn)油污染、泄露的風(fēng)險，有助于推動新能源的發(fā)展，促進(jìn)綠色環(huán)保。通過這幾年的無油空壓機(jī)市場應(yīng)用及用戶反饋，活塞式電動空氣壓縮機(jī)目前已向著無油空壓機(jī)的趨勢發(fā)展[7]。

4 無油空壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 國外相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展概況

國外的無油空壓機(jī)主要應(yīng)用在軌道機(jī)車上，以大型空壓機(jī)居多，代表品牌有克諾爾、法維萊、阿特拉斯、英格索蘭等，目前新能源車的發(fā)展主要在國內(nèi)，這幾家品牌對中國的應(yīng)用環(huán)境缺乏足夠理解，再加上生產(chǎn)成本過高，所推出的無油一級壓縮產(chǎn)品在該領(lǐng)域還無法形成競爭力。

4.2 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)用于新能源車的無油電驅(qū)動空壓機(jī)主要是渦旋式空壓機(jī)，其主要通過兩個動靜盤上的型線相互貼合來擠壓壓縮氣體，零部件少，效率較高。但是由于動靜盤間的密封間隙非常小，因此要求所壓縮的氣體必須非常潔凈，否則氣體雜質(zhì)會造成空壓機(jī)迅速磨損，導(dǎo)致密封失效，無法壓縮氣體，而且動靜盤一旦損壞，必須整體更換，所占成本達(dá)50%左右。新能源車用空壓機(jī)大多布置在揚(yáng)塵多、環(huán)境潮濕的底盤處，這些對無油渦旋空壓機(jī)都是非常不利的，并且排氣溫度高，不符合新國標(biāo)GB7258的標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足1MPa以上高壓氣體的需求，故目前無油活塞式成為發(fā)展主流。

4.3各類型無油空壓機(jī)性能的對比

類型

無油活塞式空壓機(jī)

無油渦旋式空壓機(jī)

排氣壓力

活塞式建高壓能力強(qiáng)，輕松滿足2017年新國標(biāo)對1Mpa以上壓力的要求

受限于渦旋密封結(jié)構(gòu)，高壓密封性能差，導(dǎo)致其排氣壓力低，高壓性能衰減嚴(yán)重長時間難于達(dá)到1Mpa

結(jié)構(gòu)密封

采用電機(jī)直連式驅(qū)動，傳動結(jié)構(gòu)簡單可靠性高；高壓排氣衰減小

其運(yùn)動件之間需保持一定的運(yùn)動間隙來達(dá)到密封效果，導(dǎo)致其對密封件要求高，密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易熱變形泄露

環(huán)境適應(yīng)性

環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，IP67以上防護(hù)等級，可在惡劣環(huán)境（高溫、低溫、高原）中工作

動、靜盤多為曲面結(jié)構(gòu)，曲面加工精度要求高，動、靜盤上下端面密封要求高，導(dǎo)致其對環(huán)境要求較高

整機(jī)散熱

泵頭采用風(fēng)冷/水冷+冷卻器方式，散熱果好

由于其內(nèi)部工作腔無法實(shí)施外部冷卻，使其內(nèi)部熱量難于導(dǎo)出，局部高溫嚴(yán)重，排氣溫度高

維護(hù)保養(yǎng)

無需特殊保養(yǎng)維護(hù)，只需清理空濾

對密封要求較高，密封件磨損快，導(dǎo)致其對密封件定期保養(yǎng)，而對密封件的保養(yǎng)，需拆整機(jī)，保養(yǎng)難度大，動靜盤一旦損壞需整體跟換，費(fèi)用高昂

使用壽命

可靠性高，使用壽命長

由于其特殊密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其使用壽命受其工況環(huán)境影響很大，且工作時各運(yùn)動部件長期在高溫、高濕、高壓環(huán)境下，工作壽命很短，導(dǎo)致其整機(jī)壽命不長

5 無油活塞式空壓機(jī)的發(fā)展趨勢

隨著國標(biāo)GB 7258的實(shí)施，商用車對整車制動系統(tǒng)氣源壓力提出1MPa以上高壓氣源的要求，各大汽車廠商對節(jié)能減排提出了更高的要求，個別汽車廠商更是提出整車氣源壓力達(dá)1.25MPa以上的需求，無油空壓機(jī)逐步向著兩級壓縮高效率、高排氣壓力、低排氣溫度、長壽命的方向發(fā)展。

兩級無油活塞式空壓機(jī)的優(yōu)勢如下：

對比項目

兩級無油電動空氣壓縮機(jī)

一級無油電動空氣壓縮機(jī)

排氣壓力

兩級增壓，級間冷卻最大排氣壓力可達(dá)1.2MPa以上，幾乎無衰減

一級壓縮效率低，隨壓力上升排量衰減明顯，難以滿足1MPa

軸承負(fù)荷

兩級壓縮，低氣體作用力，軸承負(fù)荷小，輔以原裝進(jìn)口軸承保障使用壽命

一級壓縮軸承負(fù)荷高，壽命短

自潤滑活塞環(huán)及導(dǎo)向環(huán)

分級壓縮，壓縮比低，低氣體脈動，輔以成熟應(yīng)用于軌道技術(shù)原裝進(jìn)口活塞環(huán)，保障使用壽命在8000小時以上，且活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)均可更換。

單級壓比高，氣流脈動，壽命短，膠水粘接導(dǎo)向環(huán)易脫落，可靠性差，無法更換

缸孔技術(shù)

新型表面處理方式輔以鏡面級加工Ra<0.2，低磨損保障使用壽命

粗糙度差Ra>0.8以上，磨損大

傳動結(jié)構(gòu)

雙曲柄內(nèi)支撐傳動結(jié)構(gòu)可靠性強(qiáng)

  單懸臂結(jié)構(gòu)可靠性差

6 國內(nèi)外發(fā)展趨勢展望

目前，新能源商用車電動空氣壓縮機(jī)的市場主要在國內(nèi)，國際汽車巨頭與整車廠逐步加快開發(fā)步伐，國內(nèi)外的發(fā)展路線有所差異。國外的汽車廠商趨向于向集成控制器總成模塊化發(fā)展，輔以水冷路線；國內(nèi)的主機(jī)廠控制器多合一，應(yīng)用多年，路線成熟，發(fā)展趨勢為獨(dú)立壓縮機(jī)模塊。

二者均有朝著高性能小型化發(fā)展的趨勢，行業(yè)龍頭廠家提出流量密度指標(biāo)（排量與質(zhì)量之比值）與比功率一起構(gòu)成衡量空壓機(jī)性能核心指標(biāo)，如下圖。

7 結(jié)語

車用電動空氣壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)正處于快速迭代的發(fā)展階段，其發(fā)展方向決定了后續(xù)行業(yè)的成長方向。同時，隨著各大整車廠對空壓機(jī)的性能的要求越來越高，各制造商將積極尋求性能更高、壽命更長、更加小型、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品，也對車用電動空氣壓縮機(jī)行業(yè)提出了更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)，急需尋求一個可靠、正確的發(fā)展思路。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳運(yùn)來,閆帥林,王浩宇.電動空氣壓縮機(jī)在電動客車上的應(yīng)用及發(fā)展[J].客車技術(shù)與研究,2018(6):19-22.
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[6]李天一,王雯,安震.車輛制動系統(tǒng)螺桿空壓機(jī)組潤滑油防乳化控制方法[J].城市軌道交通研究,2020(4):51-53.
[7]張君.滑片式空氣壓縮機(jī)關(guān)鍵部件的性能分析和研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2012.

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