周學(xué)斌，葉軍祥

（東風(fēng)十堰美瑞特汽車空調(diào)有限公司，湖北 十堰 442013）

汽車空調(diào)車身滲水問題的控制及優(yōu)化

周學(xué)斌，葉軍祥

（東風(fēng)十堰美瑞特汽車空調(diào)有限公司，湖北 十堰 442013）

以某款商用汽車為對象，對汽車空調(diào)在整車車身中滲水的原因進行分析，對控制汽車空調(diào)滲水提出多種方案，并進行改進優(yōu)化。汽車環(huán)境模擬試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后避免了汽車空調(diào)在整車車身中滲水現(xiàn)象，提高了車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，改善了整車內(nèi)部環(huán)境。

汽車空調(diào)；車身滲水；控制和優(yōu)化

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和普及，人們對車內(nèi)環(huán)境舒適性要求在不斷提高。在某特定的汽車車身空間中，客戶對于汽車空調(diào)的要求越來越高。特別是一些高溫高濕的炎熱地區(qū)，客戶往往會利用汽車空調(diào)進行除霜、除濕；一旦開啟汽車空調(diào)，如果駕駛室內(nèi)出現(xiàn)滲水或吹水等現(xiàn)象，會嚴(yán)重影響使用效果，造成空調(diào)索賠甚至整車索賠?，F(xiàn)階段，車身和整車生產(chǎn)廠家對汽車空調(diào)的滲水現(xiàn)象尤為關(guān)注，對汽車空調(diào)廠家常常提出了一些控制汽車空調(diào)滲水的條件和要求。汽車空調(diào)廠家如何進行控制和預(yù)防車身滲水問題，成為迫切需要解決的難題。

1 理論原因分析

滲水是指積水或在水壓作用下，通過微裂或毛細孔滲水，通常根據(jù)水量只是潮濕或滴水很慢。本文中所提滲水是廣義概念，包括：滲水、吹水、溢水等與汽車空調(diào)有關(guān)的有水進入車身內(nèi)部的范疇。

本文中所指的吹水是指汽車空調(diào)蒸發(fā)箱內(nèi)部的冷凝水來不及或不能夠及時通過蒸發(fā)箱排水管排出，在鼓風(fēng)電機風(fēng)壓的作用下，隨風(fēng)一起通過風(fēng)道被帶入車身駕駛室的現(xiàn)象。

溢水，水因充滿而溢出的現(xiàn)象。

1）汽車空調(diào)本身的設(shè)計和制造問題引起整車滲水。例如汽車空調(diào)冷凝水排出管的設(shè)計不合理，蒸發(fā)器芯子設(shè)計不合理，空調(diào)殼體設(shè)計分型不合理，暖風(fēng)散熱器密封和耐久試驗沒通過等。

2）汽車空調(diào)和整車車身對接部位設(shè)計不合理。這其中有整車車身本身設(shè)計的問題，也有汽車空調(diào)和車身鈑金對接部位密封性設(shè)計不合理的問題。如汽車空調(diào)新風(fēng)進風(fēng)口和整車車身前圍板對接密封效果不好，或整車車身前圍板本身設(shè)計問題，造成淋水試驗不通過，車身內(nèi)部滲水問題等。

2 實例剖析及解決方案

2.1 汽車空調(diào)本身的設(shè)計和制造問題引起整車滲水

2.1.1 汽車空調(diào)冷凝水接水盤、排出管設(shè)計尺寸和位置不合理

以東風(fēng)天龍商用車空調(diào)總成為例。汽車空調(diào)冷凝水接水盤、排出管按整車裝配方式，一般設(shè)計在駕駛室內(nèi)蒸發(fā)箱的最低位置。冷凝水首先進入接水盤，流經(jīng)排水管，然后用排水膠管牽引至整車車身外并有效固定，這樣利于冷凝水的排出。如圖1所示。

由圖1可以看出，東風(fēng)天龍汽車空調(diào)蒸發(fā)箱在整車布局時，其接水盤、排水管在設(shè)計初期階段就應(yīng)該放置在最低位置（蒸發(fā)箱內(nèi)壁水平面以下），這樣利于冷凝水的排出。如果接水盤、排水管位置不是最低或在實車裝配中沒有處在較低的位置，必然造成蒸發(fā)箱殼體內(nèi)部積水現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)汽車上坡或下坡時，必然導(dǎo)致排水管排水不暢，從而引發(fā)積水溢出蒸發(fā)箱殼體，造成車身內(nèi)部滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.1.2 汽車空調(diào)蒸發(fā)箱殼體設(shè)計分型不合理

空調(diào)蒸發(fā)箱在設(shè)計時，如果塑料殼體設(shè)計分型不合理，造成箱體扣合部位在實車裝配中處于最下端，則極易造成空調(diào)開啟后冷凝水從蒸發(fā)箱箱體扣合部位溢水現(xiàn)象產(chǎn)生，造成車身內(nèi)部滲水。如圖2所示。

圖2是東風(fēng)天龍汽車空調(diào)實車裝配方向（正對駕駛員方向），其中蒸發(fā)箱中含有蒸發(fā)器芯體以及鼓風(fēng)電機。從圖3可以看出，該蒸發(fā)箱的裝配工藝是前后箱體進行配合裝配的，其合縫間隙有很大一部分在實車裝配時處于最低位置?？照{(diào)開啟并運行后，蒸發(fā)器芯體在進行熱交換的時候，將會有冷凝水產(chǎn)生。有冷凝水產(chǎn)生，就一定有水從箱體的合縫間隙中排出。因為蒸發(fā)箱及其總成是裝在駕駛室內(nèi)部的，就會造成車身駕駛室內(nèi)部滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)然，可能有些公司會采用涂密封膠或密封條的措施進行補救，但這樣做有以下隱患：成本上有所增加；批量生產(chǎn)時，工藝上難以實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)起來比較困難；狀態(tài)和外觀以及試驗很難保證能夠通過。

解決措施：將蒸發(fā)箱箱體扣合改為上下扣合方式進行開模和分型，能夠有效解決塑料殼體滲水問題。如圖4所示。

圖4中，經(jīng)過改進的蒸發(fā)箱合箱體改為上下分型，合箱體的裝配工藝變?yōu)樯舷驴酆希潴w扣合后合縫處約在箱體中部位置，沒有在最下方，避免了箱體合縫間隙處在最下端的問題，消除了蒸發(fā)器冷凝水滲漏的可能。即便蒸發(fā)箱有冷凝水產(chǎn)生，可以很容易從處在最低位置的冷凝水排水管中排除。

2.1.3 汽車空調(diào)HVAC部分內(nèi)部殼體風(fēng)道流向設(shè)計不合理

現(xiàn)階段，有實力的汽車空調(diào)廠家研發(fā)中心一般應(yīng)用Fluent6.1和Ansys等相關(guān)應(yīng)用分析軟件，進行CFD模擬仿真。避免在設(shè)計初期階段，特別是空調(diào)HVAC系統(tǒng)中暖風(fēng)機本體部分，出現(xiàn)風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)部渦流、紊流等現(xiàn)象發(fā)生，最大可能地減小風(fēng)阻，科學(xué)地設(shè)計風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使理論和實際盡可能地相吻合。在HVAC系統(tǒng)中，暖風(fēng)本體的風(fēng)道流向設(shè)計既要滿足不產(chǎn)生渦流和紊流現(xiàn)象， 又能夠比較合理地分配風(fēng)的不同流向， 如吹面、吹腳、除霜等。圖5為東風(fēng)風(fēng)神S30轎車應(yīng)用Fluent6.1進行分析的實例。

在空調(diào)HVAC系統(tǒng)中，暖風(fēng)機內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了風(fēng)道的流向，暖風(fēng)機相關(guān)零件幾乎全為塑料件，需要開模具且成本投入比較大。在開模初期，為了避免開模后出現(xiàn)不應(yīng)該有的設(shè)計失誤和資金損失，一般需要進行快速成型驗證。當(dāng)暖風(fēng)機殼體內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)設(shè)計過于粗糙和簡化時，會出現(xiàn)吹水現(xiàn)象。即空調(diào)啟動后，蒸發(fā)器冷凝水不能夠有效地從冷凝水排水口排出，部分冷凝水被吹至風(fēng)道出口處，并被直接吹至駕駛員或乘客的面部，造成客戶的不適和抱怨，所以暖風(fēng)風(fēng)道流向的設(shè)計至關(guān)重要。

2.1.4 汽車空調(diào)暖風(fēng)散熱器、蒸發(fā)器相關(guān)試驗驗證不充分

汽車空調(diào)中暖風(fēng)散熱器芯體、蒸發(fā)器芯體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個相對封閉空間，內(nèi)部流動的介質(zhì)分別為發(fā)動機循環(huán)水和制冷用冷媒。一旦這些芯體出現(xiàn)泄漏，就會出現(xiàn)不同程度的破壞：暖風(fēng)散熱器破裂和泄漏，會出現(xiàn)車身內(nèi)部大量積水現(xiàn)象產(chǎn)生，甚至造成發(fā)動機缸體拉缸或其他程度的損壞；蒸發(fā)器芯體泄漏會引起冷媒泄漏，造成駕駛室內(nèi)部空氣品質(zhì)變差，駕駛員或乘客身體不適，空調(diào)系統(tǒng)制冷功能失效。

前期進行充分地試驗驗證，是避免車身內(nèi)部滲水和顧客抱怨、索賠的必要手段。涉及到暖風(fēng)散熱器、蒸發(fā)器芯體，主要有以下試驗：氣密試驗、耐壓試驗、耐振動試驗、往復(fù)加壓、耐腐蝕、耐高低溫試驗等。

2.1.5 汽車空調(diào)蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

蒸發(fā)器芯體的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了冷凝水能否順利排出，只有冷凝水的順利排出，才能保證空調(diào)出風(fēng)口不會形成吹水，空調(diào)系統(tǒng)總成才能夠正常運行而不會由于積水產(chǎn)生結(jié)冰結(jié)霜現(xiàn)象。圖6為東風(fēng)天龍車空調(diào)蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

如果圖6中所擺方向為蒸發(fā)器芯體實車裝配方向，則該狀態(tài)對蒸發(fā)器冷凝水排出非常不利，極易造成冷凝水停留于扁管上下不來，這種冷凝水流掛現(xiàn)象在蒸發(fā)風(fēng)機風(fēng)量較大的情況下，冷凝水水珠會被吹出風(fēng)道，打在駕駛員或乘客的面部，造成客戶的不適和抱怨。更為嚴(yán)重的是，流掛的冷凝水如果積水達到一定程度，并和各種污染物質(zhì)溶解沉積，極易造成蒸發(fā)器芯體表面結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象產(chǎn)生。一旦發(fā)生這種情況，空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果將嚴(yán)重受到影響，從而造成系統(tǒng)失效。

解決措施：如圖7所示，將芯體扁管結(jié)構(gòu)設(shè)計改為縱向排列，即上下排列的方式。這樣冷凝水隨著自身的重力，再加上縱向排列的扁管分子間的牽引力進行導(dǎo)向，冷凝水就能夠比較順利地自上而下排至箱體底部，然后自排水口排出。

蒸發(fā)器翅片的親水處理，是解決翅片間冷凝水積聚和搭建水橋的最好方法。當(dāng)冷凝水珠的高度超過翅片間距的一半時，很可能在兩片翅片間形成水橋，由此增加了空氣的流動阻力，減少了通風(fēng)量，影響了蒸發(fā)器熱交換能力，使本來就不夠的汽車空調(diào)制冷量變得更加不足。同時，這種干濕交換狀態(tài)，使空氣中的氧化物、氯化物、鹽類及各種污染物質(zhì)不斷地溶解和沉積在翅片表面，使鋁材受到腐蝕，生成白色粉狀物。這種白粉不僅增加了傳熱熱阻，影響熱交換，還會隨氣流帶入室內(nèi)，污染車身內(nèi)部環(huán)境。

試驗表明，親水處理是讓翅片表面生成具有親水性的耐腐蝕薄膜，能使凝露水珠的高度減小，甚至水滴一到表面，即能迅速擴散形成極薄的水膜，此即為膜狀冷凝，從而能夠避免形成水橋，減小風(fēng)阻，使風(fēng)機能耗得到降低。親水處理前，凝露水珠像珍珠；親水處理后，凝露水滴比較平坦。

2.1.6 蒸發(fā)器在箱體內(nèi)部密封不嚴(yán)造成吹水或滲水

蒸發(fā)器芯體在箱體內(nèi)部進風(fēng)側(cè)部位沒有密封或密封效果不好，會造成空調(diào)和車身連接的風(fēng)管內(nèi)部有吹水現(xiàn)象產(chǎn)生，同時造成空調(diào)制冷效果下降的缺陷。圖8為東風(fēng)天龍車蒸發(fā)箱進風(fēng)側(cè)截面示意圖。

圖8中蒸發(fā)器的有效散熱面積為含有翅片的白色框選區(qū)域，熱空氣只有經(jīng)過該區(qū)域和冷媒發(fā)生熱交換，才能使室內(nèi)溫度逐步下降。蒸發(fā)器芯體在箱體中裝配，需要與箱體四面貼合并固定。特別是蒸發(fā)器進風(fēng)側(cè)和箱體貼合部位須進行必要地密封，如果不密封或密封效果不行，會造成部分空氣從蒸發(fā)器和箱體貼合的間隙中流出而沒有進行熱交換，并混合至經(jīng)過熱交換的冷空氣中，造成空調(diào)出風(fēng)口制冷效果變差，達不到空調(diào)的預(yù)期效果。更為嚴(yán)重的是，會造成吹水現(xiàn)象產(chǎn)生。如圖9所示。

現(xiàn)階段，無論是層疊式蒸發(fā)器，還是目前工藝比較先進的平行流蒸發(fā)器，其上下儲液室由于扁管和翅片制造、焊接工藝的限制，和箱體平面貼合的部位總會有較大的間隙存在。特別是下儲液室和下箱體間的間隙，如果在進風(fēng)側(cè)部位不能夠有效地密封，就會有冷凝水被吹出車身風(fēng)道的隱患。因為下箱體部位是冷凝水的流經(jīng)通道，在進風(fēng)側(cè)如果不進行密封，在較大的風(fēng)壓下，風(fēng)會從下儲液室和下箱體的貼合部位將冷凝水珠從暖風(fēng)機中吹出，并經(jīng)過風(fēng)管帶出，造成駕駛室內(nèi)吹水現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.1.7 汽車空調(diào)內(nèi)部冷媒匹配或充注量不合理

系統(tǒng)冷媒充注不夠或嚴(yán)重缺少冷媒的情況下，冷媒在進入蒸發(fā)器時很快在靠近膨脹閥的2～3根扁管中氣化，所以蒸發(fā)器靠近膨脹閥進口的2～3根扁管翅片溫度較低，而其他扁管翅片溫度接近室溫，故靠近進口的2～3根扁管翅片上會凝結(jié)大量凝結(jié)水，時間長還會結(jié)冰。在蒸發(fā)器半堵的情況下，靠近進口流量較大的扁管翅片溫度偏低，而遠離進口流量較小的扁管翅片溫度較高，致使2個流路間溫差較大，而使進口流量較大的扁管翅片凝結(jié)大量冷凝水，并隨風(fēng)吹出，導(dǎo)致連接車身的風(fēng)道吹水。

所以在空調(diào)設(shè)計階段，針對特定的車型空調(diào)，必須經(jīng)過試驗驗證，確定需要多少冷媒才能使系統(tǒng)正常運行，并在工藝上進行固化。

2.2 汽車空調(diào)與整車車身對接部位密封設(shè)計不合理

1）汽車空調(diào)操縱機構(gòu)水閥拉絲、冷凝水排出管和整車車身對接或連接密封。操縱機構(gòu)水閥拉絲一般穿過車身前圍板孔穴，然后固定在前圍板外的支架上，帶動并控制前圍板外的水閥開關(guān)來控制水閥的開啟和關(guān)閉。冷凝水排水管一般通過橡膠管連接，然后橡膠管穿過車身底板的孔穴，將冷凝水排出在車外。這些穿過車身鈑金孔穴的空調(diào)零部件，必須進行必要的密封，才能防止車身內(nèi)部滲水。一般用橡膠套進行密封。如圖10所示。

當(dāng)然，如果冷凝水排水橡膠管和蒸發(fā)箱排水口連接松脫，或者排水橡膠管彎曲堵塞，同樣會造成車身內(nèi)部積水或滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。造成這種現(xiàn)象需要仔細排查，找出其中原因并預(yù)防再犯。

2）汽車空調(diào)和車身對接安裝部位密封不合理。對接安裝部位主要有：①新風(fēng)進風(fēng)口和車身前或側(cè)圍板的對接密封；②暖風(fēng)散熱器蓋板和車身前圍板的對接密封；③膨脹閥出口蓋板和車身前圍板的對接密封。

防止?jié)B水的主要措施：要靠車身前或側(cè)圍板鈑金的設(shè)計和制造來控制。特別是在上述和空調(diào)對接安裝的部位，鈑金上要設(shè)置并沖壓水流導(dǎo)向槽、繞流槽，必要時要設(shè)計擋板進行阻隔室外水。其次是空調(diào)系統(tǒng)方面，與前或側(cè)圍板對接的蓋板上，需要貼密封條進行防護。貼密封條的用處主要是防護空調(diào)本體，減震，汽車在行駛中降噪，同時起到必要的密封作用，防止室外水進入室內(nèi)。車身前圍板前面還有蓋板或擋板，起到防止室外水的首要作用。

對于車身鈑金本身設(shè)計防水密封較好的車型，空調(diào)和前或側(cè)圍板對接蓋板密封塊采用PU（發(fā)泡聚氨酯）材質(zhì)即可；對于車身鈑金設(shè)計防水密封較差的車型，對接部位密封塊采用NBR（橡塑發(fā)泡）材質(zhì)，可以起到很好的防水密封作用。

3 優(yōu)化實例試驗驗證

東風(fēng)小康微型面包車市場反饋空調(diào)進風(fēng)口有滲水現(xiàn)象。對該微型汽車的空調(diào)裝置按照上述優(yōu)化方案進行了設(shè)計整改和工藝優(yōu)化，在淋水模擬試驗室中進行了對比試驗，如圖11所示。

圖11中，新風(fēng)進風(fēng)口和側(cè)圍板開口對接，用于吸收室外新鮮風(fēng)和過濾空氣用。新風(fēng)進風(fēng)箱貼合密封塊原采用PU（發(fā)泡聚氨酯）材質(zhì)，如圖12所示。

在整車廠輪胎飛水試驗過程中，由于飛濺的水沫透過輪胎圍板后，部分被新風(fēng)進風(fēng)口密封塊（原PU泡棉）吸入，久而久之，泡棉越吸越多，達到飽和后，在整車振動的情況下泡棉中的水就滲入車身內(nèi)部，造成車身內(nèi)部滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。經(jīng)過對接口貼合密封塊進行整改后，換成NBR（橡塑發(fā)泡）材質(zhì)，由于該材質(zhì)不吸水，且能夠起到很好的密封作用。經(jīng)過小批量淋水試驗驗證后，車身內(nèi)部再沒有滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。

4 結(jié)論

1）合理地設(shè)計汽車空調(diào)冷凝水排出管、暖風(fēng)機風(fēng)道及其殼體分型扣合面，對暖風(fēng)散熱器芯體及蒸發(fā)器芯體做充分的試驗驗證，蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計及其在蒸發(fā)箱體內(nèi)的密封，能夠起到控制空調(diào)系統(tǒng)滲水的作用。

2）汽車車身和空調(diào)對接貼合的鈑金設(shè)計結(jié)構(gòu)中，保證流水和防水結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計以及空調(diào)和車身鈑金貼合密封塊的防水設(shè)計，也是防止車身滲水的關(guān)鍵因素。

3）優(yōu)化后的空調(diào)經(jīng)裝車試驗驗證，能夠滿足車身防水性能相關(guān)要求，提高了車內(nèi)環(huán)境的舒適性和空調(diào)系統(tǒng)的可靠性。

［1］羅高山，高子慧.空調(diào)系統(tǒng)結(jié)露滴水原因分析及解決辦法［J］.安裝，2002（4）：16-17.

［2］闕雄才，陳江平，嬈國琦，等.汽車空調(diào)實用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］陳孟湘.汽車空調(diào)-原理、結(jié)構(gòu)、安裝、維修［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1997.

（編輯楊景）

Control and Optimization of Water Seepage of Automobile Air Conditioner

ZHOU Xue-bin，YE Jun-xiang
（Dongfeng（Shiyan）Meiruite Automobile A／C Co.，Ltd.，Shiyan 442013，China）

The causes of water seepage of automobile air conditioner are analyzed here taking a style of commercial vehicle as an example. Some solutions are proposed for improvement and optimization. The automobile environmental simulation test shows that the water seepage is avoided after optimization and stability and reliability of the air conditioner are enhanced；car internal environments are improved.

automobile air conditioning；water seepage；control and optimize

U463.851

B

1003－8639（2014）06－0026－05

2013-07-29；

2013-08-15

周學(xué)斌（1974-），男，湖北十堰人，工程師，研究方向為汽車空調(diào)新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)；葉軍祥（1971-），男，湖北十堰人，技術(shù)中心總工，汽車空調(diào)行業(yè)資深專家，研究方向為汽車空調(diào)新產(chǎn)品的研發(fā)。