空压机泵气速度慢的原因分析与改进
空压机是商用汽车发动机附件系统的核心部件，其性能直接影响着车辆的行驶安全性。本文针对某自产发动机用空压机泵气速度慢的问题，对比测试了自产与外购发动机用空压机的泵气能力，分析了其泵气速度慢的原因，从改变传动比的角度改善了空压机的性能，并进行了样车测试验证。
在中型以上特别是重型货车和客车上，空压机有着广泛的应用，在轻型客（货）汽车中也有一定的应用。某气压制动柴油机批量搭载商用汽车后，市场反馈空压机的泵气速度慢，表现为向整车储气罐的充气时间长，甚至储气罐无法建立压力的不打气问题。空压机的性能直接影响着车辆的行驶安全性，因此分析空压机泵气慢的原因并加以改进是车辆设计必须解决的问题。
气压制动系统与空压机原理
中型以上货车或客车一般都采用气压制动系统，其回路和液压制动系统同样采用双回路或多回路制动系统，主要包括空压机、储气罐、单向阀、安全阀、进气管路及排气管路等（见图1）。
某气压制动发动机用空压机采用了单缸、齿轮传动、水冷、排气卸荷和板状阀设计（见图2）。空压机的动力来自发动机，靠齿轮传递转矩带动空气泵的曲轴旋转，由曲柄连杆机构的旋转运动带动活塞作往复直线运动。活塞下行时，进气阀片开启，完成吸气过程；当活塞上行时，进气阀片关闭，空气被压缩；当压力高于排气腔压力时，排气阀片开启，压缩空气进入排气腔，沿排气管路进入储气罐。空气泵曲轴每转动一周，即完成一个工作循环。
泵气慢的原因与分析
1．空压机泵气能力测试
表1为针对市场反馈的问题车辆进行了空压机泵气性能集中测试，与其他车型（外购发动机）的空压机进行对比发现在怠速工况下自产发动机泵气时间为7～17min，而外购发动机只用3～4min，泵气时间要比外购发动机慢1倍多，且泵气时间差异性很大，整车生产一致性较差，可初步确定为气路漏气导致。
进一步参照国家标准GB12676进行自产与外购发动机在怠速与额定工况空压机泵气能力。排除空压机本身的质量因素，只选择状态满足要求的车型进行对比，表2给出了具体测试的结果。虽然测试3台空压机的性能指标都能满足国家标准的要求，但与外购机型相比泵气能力存在较大差距。
2．泵气慢的原因分析
排除空压机及车辆制动系统的质量问题，根据空压机设计的相关理沦可知，空压机的泵气速度与缸径和行程、气缸的数量、转速及充气效率成正比，与整车储气罐大小成反比。由于不同发动机匹配整车的气路和储气罐大小等条件相同，充气时间只与空压机的排量成正比，因此对比空压机在相同工况下排气量的差异，对比结果如表3所示，计算结果与实测结果基本一致。从对比的结果看，在全速和怠速工况下，空压机的运行转速不及外购机的50%，导致了其排量远小于外购机型。因此，可以认为造成自产机用空压机泵气速度慢的根本原因在于空压机的转速过低致使单位时间内的泵气量少。
空压机泵气性能提升设计
根据空压机设计的相关理论增大空压机的缸径和行程固然可以提升泵气速度，但由于自产发动机本身结构较紧凑，布置设计时受到了诸多限制，通过选用大缸径和行程的空压机方案行不通，图3为搭载商用汽车自产发动机用空压机的原始布置设计方案。
通过调整空压机与发动机凸轮轴啮合齿轮齿数改变传动比的方案可改变空压机的运行转速，按满足空压机最高转速的限制要求开展设计，减小空压机齿轮的齿数，变动齿轮的齿数可以使泵气时间迅速加快，此方案是将空压机驱动齿轮变小，由于空压机的位置基本上不能移动，因此必须在空压机齿轮和凸轮轴齿轮中间增加一个惰轮的方法改进原始空压机的布置设计。图4为改进设计后的布置方案。
效果验证
基于空压机布置优化设计进行样机建立并在台架及整车上进行测试，结果表明在整车怠速工况下，自产发动机的泵气速度约为4min，较原始方案时间缩短了近2倍；在整车全油门工况下，泵气速度约1.3min，经过发动机400h交变载荷试验齿轮室和齿轮室盖板无异常，空气泵齿轮、惰齿轮D和惰轮轴无异常磨损，空气泵的设计可靠，验证了设计的合理性。
结论
空压机泵气速度慢甚至不打气的主要原因是部分车辆气路密封不严，出现严重漏气现象；自产发动机的泵气能力低于外购机型，这是导致空压机的实际运行转速低、单位时间内的泵气量少的主要原因；减少空压机与发动机的传动比和空压机齿轮的齿数，可以使泵气时间迅速加快。
