王小磊：公交车制动用压缩空气处理技术的创新

摘要：本文介绍了高质量压缩空气对公交车运营综合效率的影响，以及高湿度空气对运营安全的危害，以及使用吸附式干燥器对公交车运营碳排放的影响。通过对压缩空气系统的设计、制造和使用等方面进行改进和优化，应用包括大功率冷凝器、智能化监测与维护等方面的技术，避免或尽可能少的使用吸附式干燥器，以减少公交车运营的碳排放量，来实现公交车压缩空气系统的创新与发展。

1、问题的提出

城市道路交通的复杂性，导致大型公交车制动系统频繁工作，需要耗费大量的压缩空气来为制动系统的工作提供动力，然而压缩空气的高湿度将直接影响制动系统零部件的工作效率和使用寿命：

1.1 影响行车安全

高湿度空气中含有的水分和其他杂质也可能对制动性能产生直接影响。例如，水分过多可能会导致制动系统内部出现锈蚀,影响制动效能。

1.2 缩短公交车维修周期

高湿度的压缩空气会在气体通道、阀门和管道中。会使压缩空气通路变窄,增加空气流动的阻力,从而影响制动反应的速度和准确性。为了不影响车辆制动系统的正常工作，必须缩短车辆的维修周期（增加维修频率）来为车辆的安全行驶提供保障。

1.3 寿命周期费用和碳排放

压缩空气中的湿度在降低系统工作效率、增加能源消耗的同时，因维修频率的增加在整个车辆的寿命周期内：

i.营收减少

将减少车辆上线运营的时间，直接降低单车的运营收入；

ii.成本上升

将增加包含车辆维修材料与人工费在内的辅助生产费用，直接的反映的是将提高车队的运营成本；

iii.全寿命周期费用增加

按照车辆寿命周期费用计算原址，将直接降低公交车全寿命周期；

iv.碳排放增加

根据城市公交运营的碳足迹追溯原则，公交车维修作业是会产生碳排放的，由于增加了维修作业，将间接的增加车辆在整个寿命周期内的碳排放量 。

1.4 吸附剂的污染

既然压缩空气湿度是影响制动性能和制动系统配件寿命的重要指标。因此，在设计和使用制动系统时，需要充分考虑空气湿度的影响，采取相应的措施来降低湿度对制动性能的不良影响。常规的做法是根据物理吸附原理，利用吸附剂（如硅胶、分子筛等）去除压缩空气中的水分，这就是常规干燥器的工作原理。但是吸附剂在生产过程中会产生污染：

i.原料开采

吸附剂生产所需的材料通常包括由天然矿物、活性炭、合成树脂等构成活性炭、硅胶、氧化铝等，这些生产原料的开采会破坏地表结构，导致水土流失。还可能在运输过程中可能产生扬尘，空气污染和交通噪音等环境问题。

ii.环境污染物

生产过程中还会产生一些固体废弃物，会产生废水、废气、固体废弃物、噪声等环境污染物。生产时会用到的化学添加剂，可能具有毒性，长期排放含有化学添加剂的废水或废气可能导致水体和土壤污染，影响生态环境和人体健康，生态系统中生物体内毒素累积将对环境造成严重污染。

iii.能源消耗与碳排放

吸附剂生产主要包括原材料准备、混合与成型、热处理、粉碎与筛分、包装等步骤。从原材料的准备到热处理开始、以及化学添加剂的使用、破碎与筛分直包装这些生产环节中通常需要消耗大量能源如电力和燃料，并将产生废气、废水和固体废弃物等污染物，导致大量的二氧化碳和其他温室气体的排放，从而对气候产生影响。由于常规干燥器在高湿度和大流量的环境下，其吸附能力会相应减弱，并且需要定期更换吸附剂。吸附式干燥器对公交运营成本和碳排放的影响是不能忽视的。

2、压缩空气处理技术的创新

基于城市公交车运营状态下对高质量压缩空气的需求和公交行业实施“双碳”目标的战略，

在全行业的背景下，尽可能的公交车运营中的碳排放，必须尽可能的避开使用吸附剂来处理压缩空气湿度的弊端。因此，大功率冷凝器的应用，是汽车制动用压缩空气技术创新点之一。

2.1 大功率冷凝器的应用

i.工作原理

大功率冷凝器的工作原理是，通过降低压缩空气的温度，使其中的水蒸气凝结成液态水，从而去除压缩空气中的水分。这种过程基于冷却效应，通常需要使用外部冷源，如冷却水或制冷剂。大功率冷凝器则主要通过降低压缩空气的温度来使其中的水分凝结并排出。这类冷凝器具有更高的效率，还可以减少因使用吸附剂增加的碳排放。

ii.适用性

大功率冷凝器通常具有较高的热交换效率和较大的热容量,可以适应各种环境条件和使用场景。无论是在高温还是低温环境下，它都能保持稳定的性能。比较适用于高湿度或高温环境下的车辆气制动系统，尤其适用于重型卡车、大型客车等需要高功率制动系统的车辆。另外，对于城市公交车这种制动过程中，压缩空气的用量较大的车辆，对量和处理速度要求较高，为了增加的可靠性，也可以在大功率冷凝器之后加装常规干燥器。

iii.与可持续性

大功率冷凝器的应用避开了使用吸附剂型干燥器的种种弊端，虽然某些高湿度地区可能仍需使用吸附剂来提高效率，但其用量会大幅度减少，并可以提供更为稳定和的效果，而且降低了车辆维修频率也会相应降低公交车的运营成本和运营安全性。在减少高湿度对制动系统部件磨损降低车辆寿命周期费用的同时，还会在公交车整个运营过程中的碳足迹中，减少因处理压缩空气产生的碳排放量。因此，在现代汽车的制动系统中,大功率冷凝器已经成为了一个不可或缺的重要组件。

2.2 监测与维护

由于制动用压缩空气系统直接关系到公交车的安全运营，有必要建立一个完善的监测和维护系统，可以实时监测压缩空气处理系统的状态，预测并预防潜在的故障，还可以延长其使用寿命

2.3 智能化控制

在汽车智能化技术日渐普及的背景下，通过传感器采集压缩空气系统的压力、温度和流量等数据，用电子控制单元（ECU）对其工作过程进行优化调节，并将ECU数据导入整车CAN仪表，不仅可以确保系统在各种条件下都能提供的制动效果和制动系统的可靠性，还可以很容易的实现采用对压缩空气系统的智能监控和故障诊断技术，实时监测系统运行状态，还可以显示故障定位报警及时发现并解决问题。

2.4 系统优化与集成

传统的压缩空气系统是在干燥器总成后方的若干个储气筒底部各安装一个由ECU控制的排水阀进行定时排水，让高温、高压、高湿的制动空气直接通过干燥器（干燥器不堪重负很快失效）进入各个储气筒使用。此时干燥器的调节压力和卸载、排水功能相当有限，不能根据环境空气湿度进行调整，将会导致制动系统积水过多进而形成安全隐患。目前已经有产品通过系统优化与集成的结构设计，车机一体的智能集成方案，对不同的终端功能湿罐智能排水阀、智能大排量冷凝器、储气筒排水阀，采用分别不同的分离物控制排泄策略进行优化，优化后的压缩空气处理系统具有智能化自动处理的功能，具有多重叠加的调压和排水模式，具有较高的能力，以及和实时的驾驶员监控并人工干预的功能。

3、结语

创新是“新质生产力”的核心，作为公交车安全运营重要环节，制动用压缩空气处理技术的创新，意味着公交车运营安率的提升和运营成本的下降，该技术的普及推广将成为公交行业形成“新质生产力”不可或缺的重要组成部分。在各行各业实施“双碳”目标的背景下，以提高系统可靠性、绿色、智能化和集成化等措施，来实现车辆制动系统压缩空气技术的创新，将推动整个公共交通运营领域的减碳降耗。未来，公交车制动用压缩空气处理技术的创新，将通过建立标准体系进行融合与推广，为公共交通服务的绿色可持续发展提供更有力的支持。

本文转自公共交通资讯

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