車輛氣制動管路冷凝水問題分析

馮錦鋒 季浩杰 楊承鵬 蘇張敏 李智安

浙江瑞立空壓機裝備有限公司 浙江省溫州市 325000

1 引言

當今社會，人民的生活水平日益提升，尤其物流行業(yè)的飛速發(fā)展，導致對車輛的需求日益增多，大噸位的車輛基本以氣制動為主。文章以車輛氣制動管路為研究內(nèi)容，對車輛冷凝水堆積，冬季凍管等事件進行分析，尤其在新能源車輛應(yīng)用情況分析，望對各位讀者后期在管路布局有所借鑒。

2 冷凝水危害及來源分析

氣制動管路應(yīng)用至今，儲氣筒積水的問題，我相信只要同車打過交道的朋友都不會陌生，南方的朋友害怕的是管路中的積水過多，導致管路中鐵件的腐蝕，同時混合空壓機出氣中含油，加之粉塵等形成的泥垢，對管路中氣閥類產(chǎn)品的活塞運行極易造成卡滯的風險，如若發(fā)卡，則會造成剎車困難，特定情況下還將會造成交通事故。而北方，存在南方發(fā)生的風險外，最直接的莫過于管路結(jié)冰造成氣路不暢，管路堵塞，造成無法行車。

那么，管路中的儲氣筒水從哪里來的呢？空氣中是含有水分的，經(jīng)空壓機壓縮時，將一定比例的常壓空氣壓縮成了儲氣筒容積，以新能源車為例240L/min 排量的空壓機一般應(yīng)對的儲氣筒總?cè)莘e100L，若整車氣壓需從0.1MPa 打滿至1MPa，那么單次打氣時間約3min 左右，我們是否可以理解我們將720L 的大氣壓縮至100L的儲氣筒中，一般認為空氣中水的含量為0.03%，那么單次打氣后壓縮氣體中的水約0.2L。汽車管路理想設(shè)計的狀態(tài)為，管路中干燥器是需將這些冷凝水排出管路，然而干燥器中的分子篩屬于干燥劑的一種，干燥劑吸水自然發(fā)熱，那么就不難理解干燥器進氣溫度要求低于65℃。若是進氣溫度過高，分子篩自然不能很好地消除壓縮氣體中的水分，那么高溫氣體將帶著空氣中的水分進入管路系統(tǒng)，經(jīng)儲氣筒穩(wěn)壓、沉淀后，部分將變成液態(tài)冷凝水（空氣中含水量是定值）。也就出來了這么一個現(xiàn)象，傳統(tǒng)車空壓機輸出氣體進入干燥器空氣溫度越高，管路儲氣筒中冷凝水越多；無油潤滑式空壓機內(nèi)部干式摩擦的機構(gòu)溫度遠高于油潤滑式空壓機機構(gòu)，新能源車輛使用的若是油潤滑空壓機，雖然氣體中含有一定的隨氣含油量，反而水比干式的無油潤滑空壓機少。

3 冷凝水南方案例及現(xiàn)有方案

曾經(jīng)同一名康明斯服務(wù)站的資深修理工程師聊天，他曾經(jīng)更改過很多管路系統(tǒng)，更改最為成功的是加長空壓機到干燥器的降溫布局，加長盤管，目的是為了盡可能地降低氣體問題，他說如果能達到常溫的狀態(tài)，那么后方的儲氣筒中的冷凝水將會很少，那么管路中的氣閥中鐵件腐蝕會少的很多，將會很大程度地延長氣閥的壽命。然而，增長管路布局將會增加空壓機至干燥器中間的冷凝水堆積，若是排水不及時，將會帶來其他問題，所幸這位工程師所在的地方是廣東地區(qū)。

其實在南方地區(qū)，遇到最多的問題是冷凝水堆積問題，尤其空氣濕度過大的地區(qū)，例如江浙地區(qū)梅雨季節(jié)，廣東地區(qū)，海南島的雨季，空氣中都能凝出水來，空氣濕度過大，經(jīng)空壓機壓縮的空氣含水量相對來說較高，干燥器上的干燥筒若是更換不及時，對后方的儲氣筒壓力非常之大，筆者甚至看見一個儲氣筒能放出半桶水的現(xiàn)象，放水至最后，出現(xiàn)了大量的乳白色的油水混合物。

然而車輛的使用者對于儲氣筒放水的概念愈加薄弱，甚至目前有很多車友不知道手動放水閥類產(chǎn)品（如圖所示）。傳統(tǒng)的車型設(shè)計時，儲氣筒下方基本會放置手動放水閥，拉環(huán)式的或者繩索式，并且要求車輛使用者定期放水，尤其要求檢測距離空壓機最遠的儲氣筒是否能放出冷凝水，若能放出冷凝水，則需考慮更換干燥器干燥筒。

目前車輛設(shè)計時，部分設(shè)計時則考慮的是免人工處理，盡量使用自動排水的產(chǎn)品，甚至智能排水邏輯類產(chǎn)品進行對儲氣筒排水，例如壓差式自動放水閥，管式壓差自動放水閥，甚至有電磁式自動放水閥（如圖）。此類產(chǎn)品，筆者認為均能實現(xiàn)排水功能，但是無法鎖定干燥筒是否更換，只能定期更換，同傳統(tǒng)的手動產(chǎn)品各有利弊。

4 冬季案例分析

氣制動管路系統(tǒng)應(yīng)用至今，相信大家尤其北方的朋友對管路結(jié)冰這個事件并不陌生，針對市場出現(xiàn)的各個案例做幾個典型案例作為分析：

案例1：西北地區(qū)，傳統(tǒng)燃油車，到了冬天車輛早上9 點之前，管路中基本沒有氣，儀表盤顯示壓力遠小于車輛起步氣壓，車輛無法正常運營，怠速啟動很久才能正常運營；后經(jīng)了解，該車輛布置了電控冷凝器，但是冷凝器開啟由駕駛室車門開啟控制。冷凝器開啟頻次過低，導致冷凝器堵塞，車輛經(jīng)長時間怠速運轉(zhuǎn)后，管路升溫融化冷凝器結(jié)冰方可運行。

圖1

案例2: 冀中地區(qū)，新能源汽車，冬天空壓機工作，整車制動系統(tǒng)氣壓低，車輛無法啟動。經(jīng)查，空壓機出氣口布置長度約5m 盤管，后接降溫儲氣筒，儲氣筒下方接電控放水閥，儲氣筒后方接冷凝器，冷凝器后方接干燥器，后面為制動管路系統(tǒng)。經(jīng)我司售后排查，降溫儲氣筒處于積水滿罐狀態(tài)，罐體凍死，導致管路堵塞，空壓機無法正常為管路供氣，儲氣筒下方電控放水閥為定時排水，未及時排水（管路圖如圖2 所示）。

圖2

案例3：東北地區(qū)，新能源汽車，某車隊出現(xiàn)批量車輛冬天氣壓不足，無法出車。經(jīng)查，空壓機出氣口至冷凝器約2m 直通硬管，冷凝器后方接干燥器，理論上不應(yīng)該發(fā)生凍管事件。經(jīng)我司售后跟車排查，車輛在東北農(nóng)村運營，冬季乘客少，路上行人行車也少，經(jīng)常幾十公里無需踩剎車，加之停車運營排班等候事件長，冷凝器依靠剎車信號工作，動作次數(shù)過少，殘留水漬結(jié)冰導致冷凝器凍死（管路圖如圖3 所示）。

圖3

案例4：晉中地區(qū)，新能源卡車，車輛氣壓不足，無法正常運行，但是部分干燥器安全閥開啟，打開管路出現(xiàn)液態(tài)水。經(jīng)查，空壓機出氣口接約3m 盤管，但是盤管倒螺旋布置，冷凝器置于盤管上方（管路圖如圖4 所示）。

圖4

5 解決方案

凍管事件基本發(fā)生在北方地區(qū)，當然南方地區(qū)也有，2020 年冬季，上海地區(qū)積聚降溫，發(fā)生管路堵塞事件。經(jīng)查，空壓機出氣口至干燥器管路通徑大，盤管數(shù)量長，冷凝水無法正常排泄導致冷凝器凍死。從這些案例中不難看出，基本的管路凍結(jié)與放水閥，冷凝器相關(guān)。

新能源車輛空壓機出氣口的排溫基本在120℃以內(nèi)，系統(tǒng)管路完好的情況下，首次打氣也就在5 分鐘以內(nèi)，循環(huán)打氣也就在2 分鐘以內(nèi)。盤管，降溫儲氣筒，冷凝器等機構(gòu)的布置，最終的目的是為了降溫，將空壓機出氣的問題降至60℃以后，便于進入干燥器。

以案例2、案例4 為例，這樣布局的管路，對干燥器的進氣溫度是有優(yōu)勢的，尤其倒螺旋結(jié)構(gòu)，對氣體的降溫的效果將會遠優(yōu)越于正常順走的管路。但是水往低處流，倒螺旋的管路永遠無法排干凈冷凝水，空壓機不斷地輸出高溫高壓氣體，可以帶走部分水汽，但是終究無法吸附干凈。

其實傳統(tǒng)車的空壓機基本處于長時間工作狀態(tài)，若是排水及時，基本還是不會發(fā)生結(jié)冰凍管現(xiàn)象，例如案例1，長時間怠速后，管路升溫后，冰基本就融化了。后同客戶協(xié)商，將冷凝器的開啟邏輯更改為踩踏總閥開啟，此事也就解決了。其實，傳統(tǒng)車同新能源車輛不同的是，傳統(tǒng)車空壓機至干燥器之間是常有氣狀態(tài)，那么此時開啟冷凝器等裝置，還可以利用高壓氣體往外沖。然而新能源車的空壓機基本處于間歇性工作狀態(tài)，例如案例2 和案例3，基本屬于排水間隙過長導致，那么此時該如何解決呢，曾經(jīng)有人提出延長空壓機工作時間，例如空壓機在整車上電后先工作半小時，模擬傳統(tǒng)車便于將管路增溫啟到化冰的作用，但是這個似乎和新能源車節(jié)能的初衷相悖。其實，這兩個案例也是可以規(guī)避的，就是在空壓機工作的期間，設(shè)置自動排水動作，利用空壓機出氣的高壓氣體，沖擊出水，為了更好地排盡積水，可以多動作幾次。至于案例4，只能更改管路，或者在盤管最低端增加積水裝置，增加排水裝置了。

6 結(jié)語

其實這些年遇到了很多類似的案例，很多汽車廠尤其新能源汽車為了降本縮短了空壓機至干燥器之間的冷卻裝置，若是干燥器進氣溫度過高，分子篩吸附水分的效率會有所降低，這樣就忽略了冷凝水帶來的危害，高溫的空氣進入后方的儲氣筒會加劇儲氣筒冷凝，這樣是不合理的。若是增加干燥器前端的冷卻裝置，但是排水裝置布置地不太合理，又將帶來新的問題，極易造成凍管。

管路制動系統(tǒng)，干燥器進氣溫度越低越好，儲氣筒希望冷凝水越少越好，制動越為安全，做好管路的布局，合理地設(shè)置降溫裝置，同時做好排水邏輯，那么我想冬季也好，夏季也好，南方也好，北方也罷，因為冷凝水導致的故障就可以少很多了。