空氣處理單元的原理及實現方式研究

郇浪浪，田雪毅，趙鵬昌，高溫杰，靳連兵，陳英宏，姚忠魁

（陜西汽車集團有限公司技術中心，陜西 西安 710200）

關鍵字：電控干燥器；卸荷；再生

前言

目前我國商用車多采用機械式干燥器，設計成本低，維修方便，得到廣泛應用。進入21 世紀，歐洲主流商用車先后推廣和應用電控式干燥器、全智能型空氣處理單元。近幾年從歐美進口的商用車在國內大型物流市場不斷涌入，空氣管理系統性能穩定性和可靠性成為商用車發展的新方向，現階段電控干燥器主要應用在新能源電動車和部分客車市場，在卡車市場正在嘗試推廣，據了解國內只有一家重卡應用半智能型電控空氣處理單元。本文主要介紹傳統空氣處理單元、電控干燥器和全智能型空氣處理單元的工作原理及部分功能實現方式，為其今后在國內商用車市場推廣應用提供指導。

1 傳統空氣處理單元工作原理

1.1 壓縮空氣干燥過程

供氣時，來自空壓機氣體由1 口輸入到干燥器部位，如圖1 示，經干燥筒筒壁到達筒頂部，經干燥筒中部分子篩干燥過濾后，經中間孔流出，克服單向閥彈簧力，打開單向閥門，輸入到保護閥部位，一部分氣體進入調壓活塞左腔；同時氣體通過節流孔進入回流活塞左腔，通過回流活塞中間孔進入回流活塞右腔。

圖1 空氣干燥過程

1.2 四回路保護閥充氣過程

輸入保護閥的氣體進入21、22 口調壓腔，克服彈簧力，打開21、22 口保護閥門從21、22 口輸出；同時氣體通過保護皮碗（單向作用）進入限壓閥，通過限壓閥進入23、24口調壓腔，克服彈簧力，打開23、24 口保護閥門從23、24口輸出；21 口氣體從下方孔進入排氣閥，推動排氣閥活塞克服彈簧力，使23 口從上方孔進入排氣閥，推動排氣閥活塞克服彈簧力，使23 口從上方孔進入排氣閥的氣體切斷。

1.3 氣壓達到卸荷狀態

當氣體壓力繼續升高，如圖2 示，氣壓力推動調壓活塞克服彈簧力右移，直到露出調壓活塞桿小孔，達到卸荷壓力，氣體通過調壓活塞桿中間孔流入排氣活塞右腔，推動排氣活塞克服彈簧力左移，打開排氣閥門，1 口輸入的氣體通過排氣口排出，干燥器出氣口單向閥門關閉，回流活塞左右腔氣體通過節流孔和回流活塞中間孔回流，由于回流孔大小不一，造成回流活塞右腔氣體壓力比左腔下降快，壓差使回流活塞克服彈簧力向右移動，打開回流閥門。

圖2 卸荷過程

保護閥21、22 口氣體通過進氣通道，經單向閥上方孔，經節流孔，中部分子篩，帶著排氣閥門處的水、油污從排氣口排出，實現分子篩再生功能。

2 電控干燥器的工作原理

2.1 通用的原理

干燥器1 口連接空壓機，如圖3 示，在車輛啟動后或正常行駛中，空壓機開始工作，從空壓機輸出的空氣通過進氣口1 口進入干燥器A 腔，壓縮的氣體通過連接到干燥器輸入口的鋼管溫度有所下降，在干燥器A 腔內形成冷凝水，冷凝水通過B 通道到達排氣活塞閥口上，此時空氣經過濾器，環形通道一直到顆粒干燥筒的上端，空氣流進顆粒干燥筒后，水分被脫掉滯留在干燥筒的上端，干燥后的空氣經過單向閥流向四回路保護閥；同時干燥的空氣流向回流電磁閥和進氣電磁閥下方[1]。

圖3 電控干燥器

2.2 電控部分工作原理

當車輛行駛或原地未行駛（空壓機運轉，給制動儲氣筒儲氣），布置在干燥器閥體的壓力檢測裝置將讀到的輸出氣壓轉換成電壓反饋給ECU 控制器，ECU 控制器得到壓力反饋信息后，根據電壓反饋回來的數值，通過程序控制電子控制裝置的電磁閥來進行工作，對干燥器切斷、回流與回關進行操作。

切斷的工作原理：當系統壓力達到設計切斷壓力時，電磁閥通同電路，空氣進入H 腔，在腔內不斷撞擊至打開排氣閥口，排出水分。

回流工作原理：電磁閥通電后，空氣從小孔進到F 腔，此時排氣閥口處于排氣狀態，進口氣壓與大氣壓碰撞使F 腔出現逆流，至空氣通過顆粒干燥筒，將干燥筒內水分和油污沖走，起到再生功能，再次進入回流狀態。當電磁閥斷電后，回流停止[1]。

回關工作原理：輸出口氣壓低于設計的回關值時，電磁閥通同電路，排氣后，排氣閥門關閉，空壓機進入供氣狀態，實現電控干燥。

2.3 控制邏輯

當車輛行駛或原地未行駛（空壓機運轉，給制動儲氣筒儲氣），連接干燥器閥體上的壓力傳感器檢測輸出口氣壓，并將氣壓轉換為電信號后反饋ECU 控制器，ECU 控制器得到壓力傳感器信息后，通過程序控制電子控制裝置的電磁閥實現干燥器切斷、回流與回關操作。

2.3.1 切斷

壓力達到設計切斷壓力時，排氣電磁閥工作，干燥、排氣。電控空氣干燥器內置ECU 的監控系統檢測到壓縮機長時間未到達卸荷壓力，會自動進行卸荷反沖強制措施，確保干燥器內的干燥劑吸水性能正常，避免干燥劑失去吸水效果。電控空氣干燥器還通過ECU 總控制器實現預防干燥器因內漏導致的卸荷壓力不穩情況，實現保護氣壓制動系統的效果。

2.3.2 回流

干燥器排氣后，ECU 控制回流電磁閥開始工作，干燥器2 口壓縮氣體逆向通過分子篩，將分子篩內水分沖走，起再生功能。電磁閥斷電，回流停止。干燥器排氣，馬上就做回流、反沖動作。同時，在排氣過程中，高電平信號會轉換為低電平信號。

2.3.3 回關

當輸出口的氣壓低于設定回關值時，ECU 控制回關電磁閥工作，干燥器排氣口關閉。干燥器輸出信號將從低電平信號轉換為高電平信號。此時，可控制空壓機重新啟動并恢復供氣。

3 全智能型空氣處理單元工作原理

全智能型空氣處理單元卸荷和再生過程都實現了電子控制，內部包括調壓和再生兩個電磁閥，分別執行卸荷壓力控制和再生控制。系統壓力達到切斷壓力時調壓電磁閥接通，高壓空氣流經該電磁閥分別用于4 口控制空壓機卸荷和控制卸荷閥打開。卸荷狀態條件下，如需對干燥罐進行再生則對再生電磁閥供電，這時貯氣筒高壓空氣反向流動，實現對干燥劑的反吹再生[2]。

全智能型空氣處理單元對于干燥和再生過程表現為：全智能型空氣處理單元控制器ECU 根據貯氣筒壓力傳感器信息，結合空壓機工作狀態和流經分子篩的空氣量，對電磁閥采用PWM 控制，從而實現不同工況條件下對應卸荷壓力和再生空氣量的智能控制[2]。

全智能型空氣處理單元ECU 通過CAN 網絡通信平臺根據車輛當前發動機ECU、變速箱TCU 等狀態，實現不同條件下工作狀態的轉化。對于全智能型空氣處理單元，一方面采用智能再生方式，ECU 實時監控流經干燥劑空氣量，根據干燥劑飽和狀態僅在必要條件下進行再生。

車輛在下坡、平路滑行和制動等工況條件下，全智能型空氣處理單元ECU 提高切斷壓力和切入壓力，將車輛勢能和動能轉化為空壓機泵氣功率消耗，降低能耗[2]。

國內采用氣制動系統的商用車，冬季出現干燥器供氣鋼管結冰，車輛無法起步。一方面原因在于鋼管走向設計不合理，另一方面原因在于車輛熄火時其空壓機經常處于泵氣狀態，供氣鋼管存在壓縮空氣，車輛熄火之后導致鋼管溫度下降，凝固成冰堵塞在供氣管路。對于全智能型空氣處理單元而言，其控制器ECU 在車輛熄火之后可以進行強制卸荷，避免結冰風險[2]。

4 結語

綜上所述，目前商用車市場，主要有三種空氣處理單元，傳統機械空氣處理單元、電控空氣干燥器和全智能型空氣處理單元，三者各有差異，互有優勢。相信隨著行業智能化、自動化的不斷發展，電控干燥器和全智能空氣處理單元會有越來越多的車輛來匹配應用。