隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，車輛安全性受到社會(huì)越來越多的關(guān)注。從國家層面，繼發(fā)布乘用車制動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之后，2014年10月10日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了GB12676-2014《商用車和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》，從法律法規(guī)角度，為汽車行業(yè)從業(yè)人員設(shè)計(jì)車輛制動(dòng)系統(tǒng)框出了總綱。
眾所周知，目前國內(nèi)商用車領(lǐng)域，制動(dòng)系統(tǒng)絕大多數(shù)為氣壓式制動(dòng)系統(tǒng)。不管是純電動(dòng)車應(yīng)用的單獨(dú)的空壓機(jī)系統(tǒng)，還是常規(guī)車輛的空壓機(jī)系統(tǒng)，在工作過程中，不可避免地、或多或少地將油水混合物及雜質(zhì)帶入后續(xù)的制動(dòng)系統(tǒng)；特別是使用常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛，其工作過程中會(huì)將部分發(fā)動(dòng)機(jī)的油污帶入后續(xù)管路中。
過多的油水混合物及雜質(zhì)，會(huì)造成制動(dòng)系統(tǒng)零部件漏氣或卡滯、管路銹蝕堵塞，導(dǎo)致零部件工作異常，影響制動(dòng)系統(tǒng)性能并可能導(dǎo)致車輛安全問題。制動(dòng)系統(tǒng)的良好性能，是靠制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)部件來保證的。任何一個(gè)部件失效或工作異常，都可能大大降低制動(dòng)系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致車輛制動(dòng)安全隱患。
為制動(dòng)系統(tǒng)提供清潔的壓縮空氣，能有效地保證制動(dòng)系統(tǒng)零部件正常工作。目前市場上制動(dòng)系統(tǒng)配置的干燥器，可以過濾壓縮空氣中的水氣，但對(duì)油霧的分離幾乎沒有效果，再加上國內(nèi)商用車的應(yīng)用環(huán)境并不規(guī)范，干燥器維護(hù)較少，干燥罐長時(shí)間不更換很容易造成油水混合物及雜質(zhì)流入后續(xù)系統(tǒng)，導(dǎo)致制動(dòng)零部件的異常。基于這種現(xiàn)狀，油水分離器作為高效的油水混合物及雜質(zhì)分離過濾裝置，逐漸廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)商用車上。
● 油水分離器功能
油水分離器，也稱冷凝器，有的主機(jī)廠叫“壓縮空氣油水分離器”。油水分離器是保證制動(dòng)系統(tǒng)壓縮空氣清潔的第一道防線，在極端的使用工況下，系統(tǒng)中的油水混合物及雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響制動(dòng)系統(tǒng)的性能和零部件的壽命。油水分離器一般安裝在空氣壓縮機(jī)和空氣干燥器之間，在其長期的使用過程中，只需要很少的維護(hù)。
在正確匹配的情況下，油水分離器可以過濾（分離）出高達(dá)90%的油水混合物及雜質(zhì)，干燥器干燥筒維護(hù)周期（或壽命）可以至少延長3倍以上。油水分離器和干燥器合理匹配，可以給制動(dòng)系統(tǒng)提供清潔的壓縮空氣，從而保證制動(dòng)系統(tǒng)的性能穩(wěn)定可靠。
● 油水分離器工作原理
1989年，HALDEX第一款電控式油水分離器問世（圖1 左圖）。2010年，HALDEX又推出了氣控式油水分離器（圖1 右圖）。前者成熟穩(wěn)定，后者結(jié)構(gòu)簡約、性價(jià)比高，目前這兩種油水分離器在國內(nèi)應(yīng)用都比較廣泛，前者主要用于客車，而后者主要用于卡車。
圖1 電控、氣控油水分離器
油水分離器由上、下兩部分組成，上體部分主要負(fù)責(zé)油水混合物及雜質(zhì)的分離；下體部分主要負(fù)責(zé)將油水混合物及雜質(zhì)排出油水分離器。下體部分為電控式自動(dòng)放水閥或氣控式自動(dòng)放水閥。
油水分離器的工作原理如圖2所示，壓縮空氣由側(cè)面的進(jìn)氣口流入螺旋管道。在油水分離器內(nèi)部，壓縮空氣在一個(gè)向下的螺旋空間內(nèi)流動(dòng)，并在離心力作用下將油水混合物及雜質(zhì)留在導(dǎo)流板上，壓縮空氣在流到螺旋軌道的底部后，會(huì)從一個(gè)豎直向上的通道并經(jīng)頂端的出氣口流出。同時(shí)，凝結(jié)在導(dǎo)流板上的油水混合物及雜質(zhì)在重力的作用下會(huì)沿著向下的螺旋管流入底部收集器中。
圖2 油水分離器
對(duì)于電控式油水分離器，其下部為電控自動(dòng)放水閥。當(dāng)排水閥通電激活后，底部收集器中的油水混合物及雜質(zhì)將被排出。電控自動(dòng)放水閥一般通過定時(shí)繼電器或制動(dòng)燈取電控制。對(duì)于氣控式油水分離器，其下部為氣控自動(dòng)放水閥，如圖3所示。
圖3 氣控自動(dòng)放水閥
當(dāng)油水分離器處于向制動(dòng)系統(tǒng)增壓供氣時(shí)，圖（a）, 油水分離器(p1)處氣壓增加，從而打開進(jìn)氣閥膜片, 壓縮空氣將通過進(jìn)氣閥門并被儲(chǔ)存在油水分離器收集腔 (p2)中，直到膜片兩邊恢復(fù)到壓力平衡,此時(shí)進(jìn)氣閥門膜片將關(guān)閉。
當(dāng)空氣干燥器的卸荷閥打開后，將使空壓機(jī)到干燥器之間的氣壓降低，排氣閥膜片打開,如圖(b)，油水混合物及雜質(zhì)通過排氣閥排入大氣或流入外置收集筒中，當(dāng)油水分離器收集器(p2)中的壓力降低到一定水平后，膜片關(guān)閉。
● 油水分離器匹配要求
油水分離器的安裝支架必須有足夠的強(qiáng)度，避免由于車輛震動(dòng)造成管路連接和閥體的損壞。油水分離器需要安裝在一個(gè)有足夠空間進(jìn)行安裝服務(wù)和便于進(jìn)行周期檢查并且通風(fēng)的地方。而且需要遠(yuǎn)離車輪位置，避免由于輪胎引起的飛濺物污染閥體，避免由于外界給車輛的小的破壞而造成的油水分離器（包括支架、管線、接頭）的損壞。
油水分離器和自動(dòng)放水閥的排污口必須豎直向下安裝，傾斜角度不大于15°。周圍熱源須相對(duì)較小，環(huán)境溫度-40℃ ～+80℃為宜。安裝位置應(yīng)盡量靠近空氣干燥器，以達(dá)到最優(yōu)的分離排污效果。
為了防止水分的聚集，從空壓機(jī)到油水分離器的管路走勢(shì)需要有一定連續(xù)的斜坡，而且不同管路之間的連接處接口內(nèi)徑不得小于連接管內(nèi)徑的1/2 。否則，就需要從空壓機(jī)出口處的連接管豎直向上延伸一段高度，這樣就可以形成一個(gè)到油水分離器的斜坡。
從油水分離器到干燥器同樣需要這樣一個(gè)傾斜的坡度。需要通過對(duì)空壓機(jī)到油水分離器連接管的材料、長度、尺寸的設(shè)計(jì)與選擇，使到達(dá)油水分離器的壓縮空氣溫度介于5℃ - 65℃范圍內(nèi)。應(yīng)避免過低的進(jìn)氣溫度，這可能會(huì)導(dǎo)致在寒冷的環(huán)境下冷凝水在管路或油水分離器進(jìn)氣口處結(jié)冰；同時(shí)也應(yīng)應(yīng)避免過高的進(jìn)氣溫度，這可能會(huì)損壞油水分離器或自動(dòng)放水閥的密封元件，降低油水分離器的分離排污效果。
空壓機(jī)管路不能對(duì)內(nèi)部氣流的流動(dòng)造成過大的阻礙，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加管路結(jié)冰的可能。同時(shí)，應(yīng)盡量避免使用90° 的彎接頭。
主要技術(shù)參數(shù)
● 油水分離器的維護(hù)保養(yǎng)
油水分離器定期保養(yǎng)間隔主要根據(jù)油水分離器的工作使用環(huán)境而定。如果在車輛試車或行使過中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工作不正常，需要立即進(jìn)行必要的檢查與維修。拆開保養(yǎng)后，需要檢查產(chǎn)品功能是否正常和有無漏氣。如在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)建議保養(yǎng)周期過長或過短，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
一般建議的保養(yǎng)周期如下：城市公交：1 年或5 萬公里；市內(nèi)公交和卡車：1～2 年。
對(duì)于結(jié)碳或油污造成的漏氣等，油水分離器的鋁制殼體內(nèi)部需要定期清洗，其他部件可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行清洗或更換；自動(dòng)放水閥的過濾篩、閥芯、O 型密封圈、墊圈，這些部件需要根據(jù)情況進(jìn)行清洗或更換。
● 油水分離器的常見故障
在油水分離器的售后市場，主要的故障模式是排氣口漏氣。主要是由于長期缺少維護(hù)保養(yǎng)，油水混合物及雜質(zhì)堆積過多，造成自動(dòng)放水閥閥芯（電控式）、排氣膜片（氣控式）及密封件磨損導(dǎo)致漏氣；或者是冬季時(shí)，油水混合物及雜質(zhì)堆積物結(jié)冰，閥芯或排氣膜片卡滯，導(dǎo)致漏氣。
對(duì)于缺少維護(hù)保養(yǎng)的情況，用戶須根據(jù)安裝要求及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)。正確的匹配和使用，以及合理的維護(hù)是保證油水分離器正常工作的根本。
對(duì)于冬季結(jié)冰出現(xiàn)的故障，主要集中在國內(nèi)中北部地區(qū)電控式油水分離器的應(yīng)用市場。筆者建議，冬季來臨前對(duì)車輛油水分離器做一次維護(hù)保養(yǎng)，清除可能堆積的油水混合物及雜質(zhì)。同時(shí)可采用下述方法，有利于避免冬季結(jié)冰導(dǎo)致的漏氣問題。
采用加熱器對(duì)油水分離器自動(dòng)放水閥進(jìn)行加熱。一般有兩種設(shè)計(jì)，采用自動(dòng)放水閥本體線圈和額外線圈進(jìn)行加熱。筆者并不推薦額外的線圈加熱，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且存在過熱導(dǎo)致燒線的安全隱患。經(jīng)過測試，通過給本體線圈持續(xù)供電，線圈作為發(fā)熱體來加熱，本身可承受室溫（20℃）條件下連續(xù)加熱72小時(shí)；線圈功率在12～15瓦，在-40℃環(huán)境溫度下模擬車輛空壓機(jī)打氣工況，6分鐘內(nèi)可以將自動(dòng)放水閥加熱到0℃以上，可以滿足終端客戶的使用要求。
采用時(shí)間繼電器對(duì)自動(dòng)放水閥進(jìn)行間隔排污控制。電控式油水分離器一般設(shè)定為采用剎車信號(hào)，每次剎車時(shí)進(jìn)行排污一次。對(duì)于制動(dòng)次數(shù)較少的長途卡客車，長時(shí)間不制動(dòng)可能導(dǎo)致堆積的油水混合物及雜質(zhì)過多，造成結(jié)冰漏氣。采用時(shí)間繼電器控制的方案，可以有效地增加排氣次數(shù)，達(dá)到排凈油水混合物和雜質(zhì)的目的，避免結(jié)冰漏氣。
● 總結(jié)
市場上空壓機(jī)產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，存在竄油量大的問題，在匹配油水分離器前，干燥器高額索賠的問題在國內(nèi)各大主機(jī)廠普遍存在。這種情況也從側(cè)面印證了制動(dòng)系統(tǒng)零部件極有可能工作在含有油水混合物及雜質(zhì)的劣環(huán)境中，車輛制動(dòng)安全存在一定隱患。歐洲市場，油水分離器于1989年開始在商用車上應(yīng)用，到目前為止，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于沃爾沃、奔馳、MAN以及依維柯等一線品牌。
國內(nèi)的主要卡客車主機(jī)廠也越來越關(guān)注和配置油水分離器，針對(duì)國四車型上，很多主機(jī)廠都把油水分離器作為標(biāo)配。目前國內(nèi)重型和中型的商用車油水分離器的配置率僅有5%左右，作為高效的而且性價(jià)比高的這么一款產(chǎn)品，筆者相信在未來幾年，油水分離器配置率會(huì)有一個(gè)很大的提高。
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