商用车压缩空气管理系统详解：结构、原理与发展趋势

商用车压缩空气管理系统详解：结构、原理与发展趋势

在现代商用车领域，压缩空气管理系统起着至关重要的作用，它直接关系到车辆的制动、门控及空气悬架系统等关键功能的正常运行，进而影响车辆的安全性、舒适性和整体性能。随着我国和欧洲商用车技术的不断发展，对压缩空气管理系统的要求也日益提高。本文将深入剖析该系统的组成结构、工作原理以及发展趋势，为相关领域的技术人员和从业者提供全面而详细的参考。

一、商用车压缩空气管理系统概述

商用车压缩空气管理系统主要由空气压缩机、空气处理元件（包括调压阀或空气干燥器、保护阀、空气处理单元等）以及贮气筒组成。其核心功能是产生、处理压缩空气，并将其按照车辆各系统的要求存储在相应的贮气筒中，确保各气动系统能够稳定、可靠地运行。

二、空气压缩机

结构分类

空气压缩机按结构可分为单缸空压机和双缸空压机。在实际应用中，整车对压缩气体需求量的大小是选择单缸或双缸以及不同排量空压机的关键依据。对于一些小型商用车或对压缩空气需求相对较少的车辆，单缸空压机可能已经能够满足基本需求，其结构简单、成本较低；而对于大型货车、客车等对压缩空气需求量较大的车辆，则往往需要配备双缸空压机，以确保能够提供足够的压缩空气量，满足制动、空气悬架等系统的频繁工作需求。

卸荷方式分类

内卸荷方式：当车辆的压缩空气系统压力达到预先设定的压力时，空压机将停止产生压缩气体并停止输出。这一过程主要通过外界气压来控制空压机的进气阀门。在卸荷期间，外界气压打开进气阀门，使其处于常开状态，无论空压机的活塞如何运动，气体均从空压机的进气门进入和排出，从而不再向外输出气压。这种卸荷方式相对较为节能，能够在系统压力满足要求时减少空压机的能耗和磨损。

外卸荷方式：当车辆的压缩空气系统压力达到设定值时，空压机输出的气体将通过与其外部相连的调压阀（或空气干燥器）的排气口排入大气中。这种卸荷方式在一些特定的车辆配置和工况下也有应用，其特点是卸荷过程相对简单直接，但可能会造成一定的压缩空气浪费。

三、空气处理元件

调压阀

在 80 - 90 年代我国商用车（采用气压制动）上，调压阀被广泛用于控制压缩空气的系统压力并对空压机进行卸荷。调压阀的工作原理如下：

1 口为进气口，与空压机出气口相连，是压缩空气的进入通道；21 口为出气口，与保护阀的进气口相连，经过调压阀处理后的压缩空气由此口输出至保护阀和贮气筒；3 口为排气口，用于在空压机卸荷时将气体排出。

系统充气时，来自空压机的压缩空气经 1 口进入，通过滤网进入腔后打开单向阀，使压缩空气经 21 口向后进入保护阀和贮气筒。同时，进入 21 口的压缩空气可进入 E 腔，当 21 口压力达到系统要求的压力时，E 腔气压将克服弹簧压力推动膜片向上移动，进而带动活塞向上移动，打开阀门并关闭排气通道。此时，E 腔的气体经阀门进入 C 腔，推动活塞下移，打开阀门，使 1 口的气体通过该阀门经 3 口排入大气。由于 1 口气压降低，单向阀将自行关闭，阻止 21 口气体的反向流动，此时空压机处于卸荷状态，产生的气体经 1 口和 3 口直接排入大气。随着系统（贮气筒）压力的消耗，21 口和 E 腔压力也随之降低，当 E 腔压力不足以克服弹簧力时，膜片下移，带动活塞下移，关闭阀门并打开排气通道，C 腔中的压缩气体经排气通道排入大气，活塞在弹簧力作用下向上移动关闭阀门，1 口的气体不能再经此排入大气而重新给系统充气。通过旋转调节螺栓，可以改变弹簧力，从而调整调压阀的卸荷压力，以适应不同车辆系统的压力需求。

空气干燥器

目前，空气干燥器在我国商用车上已得到普遍使用，它不仅具备干燥空气的功能，还兼具调压阀的作用。其对空气进行干燥的主要目的是去除压缩空气中所含的水分，这对于防止空气管路及气动元件的锈蚀以及在寒冷地区避免空气管路和气动元件因结冰而损坏具有重要意义，能够有效提高行车的安全性。

工作原理如下：在压力输入阶段，来自空压机的压缩空气经 1 口进入 A 腔，因温度降低产生的冷凝水在此聚集，经通道聚集到出口处。随后，压缩空气经过安装在干燥筒中的精密滤网和环道，到达干燥筒上部，在此过程中空气进一步冷却，水蒸汽进一步凝结。当通过颗粒状滤网时，水被吸附在粒状干燥剂表面及颗粒缝隙间，由于尺寸超过 4A 的油粒子不能进入干燥剂颗粒缝隙，使得干燥剂更加细密。干燥后的空气经单向阀和 21 口抵达贮气筒，同时也经截流口和 22 口到达再生贮气筒。同时，压缩空气通过通孔到达 D 腔作用在膜片上。当达到切断压力后，膜片克服弹簧力，进气阀口打开进入 B 腔，活塞受到压力作用，打开排气阀口，来自 A 腔的空气凝结物及杂质和油碳经排气口排出。活塞还具有压力释放阀的作用，在任何压力过高的情况下，活塞将自动打开气阀口。如果由于空气消耗，系统中的供气压力下降到关闭压力，进气阀门关闭，B 腔压力下降，排气阀口关闭，干燥过程将再次开始。为保证在寒冷地区排气阀门的正常工作，可在排气口 3 处安装一个加热器，当温度低于 6 摄氏度时加热器接通，温度达到大约 30 度时断开。

四回路保护阀

保护阀从结构和功能上可分为双回路、四回路、多回路保护阀等，目前我国商用车中普遍采用四回路保护阀。其主要作用是将干燥后的气体分成 4 条回路，以满足车辆不同系统的需求，如行车制动系统、驻车制动系统、空气悬架系统、门控系统等，同时确保当某一回路失效时，其它回路仍能正常工作，并可适当对失效回路气压进行补充。

四回路保护阀的工作原理为：1 口为进气口，与空气干燥器 21 口相连，是干燥后压缩空气的进入口；21、22、23、24 为出气口，每一个口为一条回路。根据不同的应用，四条回路内部有多种进气方式，如并联连接，气压同时充入；或 1、2 回路先于 3、4 回路充气。来自空气干燥器的压缩空气通过 1 口进入四回路保护阀，通过旁通孔和单向阀进入系统的四条回路。同时，在阀门下也建立起压力，当达到设置的开启压力（保护压力）时，阀门打开，膜片克服弹簧力鼓起，然后压缩空气通过 21、22 口流入行车制动系统的 1 回路贮气筒和 2 回路贮气筒，通过 23、24 口进入 3、4 回路。3 回路给货车的紧急制动和停车制动系统供气，也为挂车提供气源；4 回路为辅助制动系统供气。如果行车制动的一条回路失效，其它三条回路的空气将对失效回路进行补充，直到达到动态关闭压力，此时弹簧力使得阀门关闭，以保护其它回路处于安全压力以上。目前国内常用四回路保护阀的性能参数因不同厂家和车型而有所差异，但都遵循基本的工作原理和安全标准。

空气处理单元

随着车辆用气系统的不断增加以及对气压的不同要求，四回路保护阀单一的压力输出已无法满足车辆的需求。在欧洲商用车上，空气处理单元已得到普遍使用。例如，欧洲商用车行车制动系统气压多为 10bar，驻车系统为 8bar，空气悬架系统 10bar 或 12bar，挂车控制及气源 8bar 等，空气处理单元能够满足各系统对不同气压的要求。这种将干燥器、保护阀、压力控制等多种功能集合为一体的结构，不仅节约了制作成本，还便于整车厂的安装。

电控空气处理单元通过 ECU 来控制，通过 CAN 线系统与车辆进行通信，实现了对整车气压系统的智能控制，具有诸多优点：

高度集成的元件，减少了安装成本和时间，提高了整车的生产效率和装配质量。

对空压机卸荷及空气干燥器（干燥剂）的再生实现了智能控制，节省了油耗（约 0.35L/100km），有助于提高车辆的燃油经济性。

可通过 ECU 设定参数，改变气压输出，最大程度满足客户和不同法规的要求，使车辆能够适应各种复杂的工况和市场需求。

通过 CAN 总线与车辆通信，随时根据车速、发动机、车辆制动的情况来提供车辆所需的气压，保证了气压系统的响应及时性和准确性，提高了车辆的行驶安全性和舒适性。

能自行记录系统数据，为车辆的维护和服务提供参考，方便维修人员快速诊断和解决问题，降低了车辆的维修成本和停机时间。

支持故障诊断，便于维修和检查，提高了车辆的可维护性和可靠性。

然而，目前在我国商用车中，对于 CAN 总线的运用还处于研发和样车阶段，因此电控空气处理单元在我国尚未得到广泛应用。但随着我国商用车技术的不断发展和与国际接轨，其应用前景广阔。

四、商用车压缩空气管理系统的发展趋势

从上述空气管理系统元件的演变过程（调压阀→空气干燥器；双回路保护阀→四回路保护阀→空气处理单元）可以明显看出，商用车对于空气管理系统的要求越来越高，主要体现在以下几个方面：

1、气体洁净度要求提高：随着车辆各气动系统的精密化程度不断提高，对压缩空气的洁净度要求也日益严苛。空气干燥器的广泛应用以及对其干燥性能的不断优化，就是为了确保压缩空气中的水分、杂质和油污等尽可能被去除，防止对气动元件造成损坏，延长其使用寿命，提高系统的可靠性和稳定性。

2、回路输出多样化和压力差异化：车辆的不同系统对压缩空气的压力和流量需求各不相同，如行车制动系统需要稳定可靠的高压气体以确保制动的及时性和有效性，而驻车制动系统、空气悬架系统和门控系统等则根据各自的功能特点有不同的压力要求。因此，空气处理单元能够提供多个回路的不同压力输出，以满足这些多样化的需求，成为未来发展的必然趋势。这不仅有助于提高车辆各系统的性能，还能优化整体的能源利用效率。

3、节能与环保需求：在全球倡导节能减排的大背景下，商用车的压缩空气管理系统也在朝着节能的方向发展。电控空气处理单元通过智能控制空压机的卸荷和空气干燥器干燥剂的再生，能够有效降低车辆的能耗，减少燃油消耗和尾气排放，符合环保法规的要求，同时也为用户节省了运营成本。

4、高度集成化与智能化：将多种空气处理功能集成在一个单元中，不仅减少了零部件的数量和安装空间，降低了成本，还提高了系统的整体可靠性和稳定性。同时，借助电控技术和 CAN 总线通信，实现对空气管理系统的智能化控制和监测，能够实时调整系统参数，提高系统的响应速度和适应性，及时发现和诊断故障，为车辆的安全运行和高效维护提供有力保障。

目前，我国商用车普遍采用空气干燥器和四回路保护阀组合方式，与国际先进水平相比，在空气管理系统的技术应用和集成化程度上仍存在一定差距。为了使我国商用车能够更好地走出国门，参与国际市场竞争，在压缩空气管理系统方面还有许多技术提升和发展的空间。未来，我国商用车行业应加大在这一领域的研发投入，积极引进和吸收国际先进技术，不断优化和创新压缩空气管理系统，提高商用车的整体性能和市场竞争力，推动我国商用车产业向高端化、智能化、绿色化方向发展。