空气处理单元的原理及实现方式研究

郇浪浪，田雪毅，赵鹏昌，高温杰，靳连兵，陈英宏，姚忠魁

（陕西汽车集团有限公司技术中心，陕西 西安 710200）

关键字：电控干燥器；卸荷；再生

前言

目前我国商用车多采用机械式干燥器，设计成本低，维修方便，得到广泛应用。进入21 世纪，欧洲主流商用车先后推广和应用电控式干燥器、全智能型空气处理单元。近几年从欧美进口的商用车在国内大型物流市场不断涌入，空气管理系统性能稳定性和可靠性成为商用车发展的新方向，现阶段电控干燥器主要应用在新能源电动车和部分客车市场，在卡车市场正在尝试推广，据了解国内只有一家重卡应用半智能型电控空气处理单元。本文主要介绍传统空气处理单元、电控干燥器和全智能型空气处理单元的工作原理及部分功能实现方式，为其今后在国内商用车市场推广应用提供指导。

1 传统空气处理单元工作原理

1.1 压缩空气干燥过程

供气时，来自空压机气体由1 口输入到干燥器部位，如图1 示，经干燥筒筒壁到达筒顶部，经干燥筒中部分子筛干燥过滤后，经中间孔流出，克服单向阀弹簧力，打开单向阀门，输入到保护阀部位，一部分气体进入调压活塞左腔；同时气体通过节流孔进入回流活塞左腔，通过回流活塞中间孔进入回流活塞右腔。

图1 空气干燥过程

1.2 四回路保护阀充气过程

输入保护阀的气体进入21、22 口调压腔，克服弹簧力，打开21、22 口保护阀门从21、22 口输出；同时气体通过保护皮碗（单向作用）进入限压阀，通过限压阀进入23、24口调压腔，克服弹簧力，打开23、24 口保护阀门从23、24口输出；21 口气体从下方孔进入排气阀，推动排气阀活塞克服弹簧力，使23 口从上方孔进入排气阀，推动排气阀活塞克服弹簧力，使23 口从上方孔进入排气阀的气体切断。

1.3 气压达到卸荷状态

当气体压力继续升高，如图2 示，气压力推动调压活塞克服弹簧力右移，直到露出调压活塞杆小孔，达到卸荷压力，气体通过调压活塞杆中间孔流入排气活塞右腔，推动排气活塞克服弹簧力左移，打开排气阀门，1 口输入的气体通过排气口排出，干燥器出气口单向阀门关闭，回流活塞左右腔气体通过节流孔和回流活塞中间孔回流，由于回流孔大小不一，造成回流活塞右腔气体压力比左腔下降快，压差使回流活塞克服弹簧力向右移动，打开回流阀门。

图2 卸荷过程

保护阀21、22 口气体通过进气通道，经单向阀上方孔，经节流孔，中部分子筛，带着排气阀门处的水、油污从排气口排出，实现分子筛再生功能。

2 电控干燥器的工作原理

2.1 通用的原理

干燥器1 口连接空压机，如图3 示，在车辆启动后或正常行驶中，空压机开始工作，从空压机输出的空气通过进气口1 口进入干燥器A 腔，压缩的气体通过连接到干燥器输入口的钢管温度有所下降，在干燥器A 腔内形成冷凝水，冷凝水通过B 通道到达排气活塞阀口上，此时空气经过滤器，环形通道一直到颗粒干燥筒的上端，空气流进颗粒干燥筒后，水分被脱掉滞留在干燥筒的上端，干燥后的空气经过单向阀流向四回路保护阀；同时干燥的空气流向回流电磁阀和进气电磁阀下方[1]。

图3 电控干燥器

2.2 电控部分工作原理

当车辆行驶或原地未行驶（空压机运转，给制动储气筒储气），布置在干燥器阀体的压力检测装置将读到的输出气压转换成电压反馈给ECU 控制器，ECU 控制器得到压力反馈信息后，根据电压反馈回来的数值，通过程序控制电子控制装置的电磁阀来进行工作，对干燥器切断、回流与回关进行操作。

切断的工作原理：当系统压力达到设计切断压力时，电磁阀通同电路，空气进入H 腔，在腔内不断撞击至打开排气阀口，排出水分。

回流工作原理：电磁阀通电后，空气从小孔进到F 腔，此时排气阀口处于排气状态，进口气压与大气压碰撞使F 腔出现逆流，至空气通过颗粒干燥筒，将干燥筒内水分和油污冲走，起到再生功能，再次进入回流状态。当电磁阀断电后，回流停止[1]。

回关工作原理：输出口气压低于设计的回关值时，电磁阀通同电路，排气后，排气阀门关闭，空压机进入供气状态，实现电控干燥。

2.3 控制逻辑

当车辆行驶或原地未行驶（空压机运转，给制动储气筒储气），连接干燥器阀体上的压力传感器检测输出口气压，并将气压转换为电信号后反馈ECU 控制器，ECU 控制器得到压力传感器信息后，通过程序控制电子控制装置的电磁阀实现干燥器切断、回流与回关操作。

2.3.1 切断

压力达到设计切断压力时，排气电磁阀工作，干燥、排气。电控空气干燥器内置ECU 的监控系统检测到压缩机长时间未到达卸荷压力，会自动进行卸荷反冲强制措施，确保干燥器内的干燥剂吸水性能正常，避免干燥剂失去吸水效果。电控空气干燥器还通过ECU 总控制器实现预防干燥器因内漏导致的卸荷压力不稳情况，实现保护气压制动系统的效果。

2.3.2 回流

干燥器排气后，ECU 控制回流电磁阀开始工作，干燥器2 口压缩气体逆向通过分子筛，将分子筛内水分冲走，起再生功能。电磁阀断电，回流停止。干燥器排气，马上就做回流、反冲动作。同时，在排气过程中，高电平信号会转换为低电平信号。

2.3.3 回关

当输出口的气压低于设定回关值时，ECU 控制回关电磁阀工作，干燥器排气口关闭。干燥器输出信号将从低电平信号转换为高电平信号。此时，可控制空压机重新启动并恢复供气。

3 全智能型空气处理单元工作原理

全智能型空气处理单元卸荷和再生过程都实现了电子控制，内部包括调压和再生两个电磁阀，分别执行卸荷压力控制和再生控制。系统压力达到切断压力时调压电磁阀接通，高压空气流经该电磁阀分别用于4 口控制空压机卸荷和控制卸荷阀打开。卸荷状态条件下，如需对干燥罐进行再生则对再生电磁阀供电，这时贮气筒高压空气反向流动，实现对干燥剂的反吹再生[2]。

全智能型空气处理单元对于干燥和再生过程表现为：全智能型空气处理单元控制器ECU 根据贮气筒压力传感器信息，结合空压机工作状态和流经分子筛的空气量，对电磁阀采用PWM 控制，从而实现不同工况条件下对应卸荷压力和再生空气量的智能控制[2]。

全智能型空气处理单元ECU 通过CAN 网络通信平台根据车辆当前发动机ECU、变速箱TCU 等状态，实现不同条件下工作状态的转化。对于全智能型空气处理单元，一方面采用智能再生方式，ECU 实时监控流经干燥剂空气量，根据干燥剂饱和状态仅在必要条件下进行再生。

车辆在下坡、平路滑行和制动等工况条件下，全智能型空气处理单元ECU 提高切断压力和切入压力，将车辆势能和动能转化为空压机泵气功率消耗，降低能耗[2]。

国内采用气制动系统的商用车，冬季出现干燥器供气钢管结冰，车辆无法起步。一方面原因在于钢管走向设计不合理，另一方面原因在于车辆熄火时其空压机经常处于泵气状态，供气钢管存在压缩空气，车辆熄火之后导致钢管温度下降，凝固成冰堵塞在供气管路。对于全智能型空气处理单元而言，其控制器ECU 在车辆熄火之后可以进行强制卸荷，避免结冰风险[2]。

4 结语

综上所述，目前商用车市场，主要有三种空气处理单元，传统机械空气处理单元、电控空气干燥器和全智能型空气处理单元，三者各有差异，互有优势。相信随着行业智能化、自动化的不断发展，电控干燥器和全智能空气处理单元会有越来越多的车辆来匹配应用。