周學斌，葉軍祥

（東風十堰美瑞特汽車空調有限公司，湖北 十堰 442013）

汽車空調車身滲水問題的控制及優(yōu)化

周學斌，葉軍祥

（東風十堰美瑞特汽車空調有限公司，湖北 十堰 442013）

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

汽車空調；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進行除霜、除濕；一旦開啟汽車空調，如果駕駛室內出現(xiàn)滲水或吹水等現(xiàn)象，會嚴重影響使用效果，造成空調索賠甚至整車索賠?，F(xiàn)階段，車身和整車生產廠家對汽車空調的滲水現(xiàn)象尤為關注，對汽車空調廠家常常提出了一些控制汽車空調滲水的條件和要求。汽車空調廠家如何進行控制和預防車身滲水問題，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、溢水等與汽車空調有關的有水進入車身內部的范疇。

本文中所指的吹水是指汽車空調蒸發(fā)箱內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，在鼓風電機風壓的作用下，隨風一起通過風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）汽車空調本身的設計和制造問題引起整車滲水。例如汽車空調冷凝水排出管的設計不合理，蒸發(fā)器芯子設計不合理，空調殼體設計分型不合理，暖風散熱器密封和耐久試驗沒通過等。

2）汽車空調和整車車身對接部位設計不合理。這其中有整車車身本身設計的問題，也有汽車空調和車身鈑金對接部位密封性設計不合理的問題。如汽車空調新風進風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計問題，造成淋水試驗不通過，車身內部滲水問題等。

2 實例剖析及解決方案

2.1 汽車空調本身的設計和制造問題引起整車滲水

2.1.1 汽車空調冷凝水接水盤、排出管設計尺寸和位置不合理

以東風天龍商用車空調總成為例。汽車空調冷凝水接水盤、排出管按整車裝配方式，一般設計在駕駛室內蒸發(fā)箱的最低位置。冷凝水首先進入接水盤，流經排水管，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，東風天龍汽車空調蒸發(fā)箱在整車布局時，其接水盤、排水管在設計初期階段就應該放置在最低位置（蒸發(fā)箱內壁水平面以下），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)箱殼體內部積水現(xiàn)象產生。當汽車上坡或下坡時，必然導致排水管排水不暢，從而引發(fā)積水溢出蒸發(fā)箱殼體，造成車身內部滲水現(xiàn)象產生。

2.1.2 汽車空調蒸發(fā)箱殼體設計分型不合理

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

圖2是東風天龍汽車空調實車裝配方向（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{開啟并運行后，蒸發(fā)器芯體在進行熱交換的時候，將會有冷凝水產生。有冷凝水產生，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部的，就會造成車身駕駛室內部滲水現(xiàn)象產生。當然，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；批量生產時，工藝上難以實現(xiàn)或實現(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HVAC部分內部殼體風道流向設計不合理

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

在空調HVAC系統(tǒng)中，暖風機內部結構決定了風道的流向，暖風機相關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)不應該有的設計失誤和資金損失，一般需要進行快速成型驗證。當暖風機殼體內部流道結構設計過于粗糙和簡化時，會出現(xiàn)吹水現(xiàn)象。即空調啟動后，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，所以暖風風道流向的設計至關重要。

2.1.4 汽車空調暖風散熱器、蒸發(fā)器相關試驗驗證不充分

汽車空調中暖風散熱器芯體、蒸發(fā)器芯體的內部結構是一個相對封閉空間，內部流動的介質分別為發(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：暖風散熱器破裂和泄漏，會出現(xiàn)車身內部大量積水現(xiàn)象產生，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，造成駕駛室內部空氣品質變差，駕駛員或乘客身體不適，空調系統(tǒng)制冷功能失效。

前期進行充分地試驗驗證，是避免車身內部滲水和顧客抱怨、索賠的必要手段。涉及到暖風散熱器、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、往復加壓、耐腐蝕、耐高低溫試驗等。

2.1.5 汽車空調蒸發(fā)器芯體結構設計不合理

蒸發(fā)器芯體的結構設計決定了冷凝水能否順利排出，只有冷凝水的順利排出，才能保證空調出風口不會形成吹水，空調系統(tǒng)總成才能夠正常運行而不會由于積水產生結冰結霜現(xiàn)象。圖6為東風天龍車空調蒸發(fā)器芯體結構設計示意圖。

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)風機風量較大的情況下，冷凝水水珠會被吹出風道，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，并和各種污染物質溶解沉積，極易造成蒸發(fā)器芯體表面結霜結冰現(xiàn)象產生。一旦發(fā)生這種情況，空調系統(tǒng)的制冷效果將嚴重受到影響，從而造成系統(tǒng)失效。

解決措施：如圖7所示，將芯體扁管結構設計改為縱向排列，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，減少了通風量，影響了蒸發(fā)器熱交換能力，使本來就不夠的汽車空調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，污染車身內部環(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，減小風阻，使風機能耗得到降低。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)器在箱體內部密封不嚴造成吹水或滲水

蒸發(fā)器芯體在箱體內部進風側部位沒有密封或密封效果不好，會造成空調和車身連接的風管內部有吹水現(xiàn)象產生，同時造成空調制冷效果下降的缺陷。圖8為東風天龍車蒸發(fā)箱進風側截面示意圖。

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，熱空氣只有經過該區(qū)域和冷媒發(fā)生熱交換，才能使室內溫度逐步下降。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)器進風側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，并混合至經過熱交換的冷空氣中，造成空調出風口制冷效果變差，達不到空調的預期效果。更為嚴重的是，會造成吹水現(xiàn)象產生。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，如果在進風側部位不能夠有效地密封，就會有冷凝水被吹出車身風道的隱患。因為下箱體部位是冷凝水的流經通道，在進風側如果不進行密封，在較大的風壓下，風會從下儲液室和下箱體的貼合部位將冷凝水珠從暖風機中吹出，并經過風管帶出，造成駕駛室內吹水現(xiàn)象產生。

2.1.7 汽車空調內部冷媒匹配或充注量不合理

系統(tǒng)冷媒充注不夠或嚴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大量凝結水，時間長還會結冰。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大量冷凝水，并隨風吹出，導致連接車身的風道吹水。

所以在空調設計階段，針對特定的車型空調，必須經過試驗驗證，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 汽車空調與整車車身對接部位密封設計不合理

1）汽車空調操縱機構水閥拉絲、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來控制水閥的開啟和關閉。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零部件，必須進行必要的密封，才能防止車身內部滲水。一般用橡膠套進行密封。如圖10所示。

當然，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，同樣會造成車身內部積水或滲水現(xiàn)象產生。造成這種現(xiàn)象需要仔細排查，找出其中原因并預防再犯。

2）汽車空調和車身對接安裝部位密封不合理。對接安裝部位主要有：①新風進風口和車身前或側圍板的對接密封；②暖風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：要靠車身前或側圍板鈑金的設計和制造來控制。特別是在上述和空調對接安裝的部位，鈑金上要設置并沖壓水流導向槽、繞流槽，必要時要設計擋板進行阻隔室外水。其次是空調系統(tǒng)方面，與前或側圍板對接的蓋板上，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。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計防水密封較好的車型，空調和前或側圍板對接蓋板密封塊采用PU（發(fā)泡聚氨酯）材質即可；對于車身鈑金設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，可以起到很好的防水密封作用。

3 優(yōu)化實例試驗驗證

東風小康微型面包車市場反饋空調進風口有滲水現(xiàn)象。對該微型汽車的空調裝置按照上述優(yōu)化方案進行了設計整改和工藝優(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，新風進風口和側圍板開口對接，用于吸收室外新鮮風和過濾空氣用。新風進風箱貼合密封塊原采用PU（發(fā)泡聚氨酯）材質，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，部分被新風進風口密封塊（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部，造成車身內部滲水現(xiàn)象產生。經過對接口貼合密封塊進行整改后，換成NBR（橡塑發(fā)泡）材質，由于該材質不吸水，且能夠起到很好的密封作用。經過小批量淋水試驗驗證后，車身內部再沒有滲水現(xiàn)象產生。

4 結論

1）合理地設計汽車空調冷凝水排出管、暖風機風道及其殼體分型扣合面，對暖風散熱器芯體及蒸發(fā)器芯體做充分的試驗驗證，蒸發(fā)器芯體結構設計及其在蒸發(fā)箱體內的密封，能夠起到控制空調系統(tǒng)滲水的作用。

2）汽車車身和空調對接貼合的鈑金設計結構中，保證流水和防水結構的合理設計以及空調和車身鈑金貼合密封塊的防水設計，也是防止車身滲水的關鍵因素。

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

［1］羅高山，高子慧.空調系統(tǒng)結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.汽車空調實用技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］陳孟湘.汽車空調-原理、結構、安裝、維修［M］.上海：上海交通大學出版社，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

周學斌（1974-），男，湖北十堰人，工程師，研究方向為汽車空調新產品的設計開發(fā)；葉軍祥（1971-），男，湖北十堰人，技術中心總工，汽車空調行業(yè)資深專家，研究方向為汽車空調新產品的研發(fā)。