汽車空調(diào)管設(shè)計注意點(diǎn)

呂嵩 王垚

（一汽豐田技術(shù)開發(fā)有限公司）

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對汽車的要求不僅局限于能夠代步，而且對乘車舒適性的要求日趨增多，良好的空調(diào)性能是乘車舒適性體驗的重要指標(biāo)?？照{(diào)性能除受空調(diào)自身功率配比的影響外，空調(diào)管的合理性設(shè)計對其也起到重要作用?？照{(diào)管的設(shè)計難點(diǎn)在于空調(diào)所處的搭載狀態(tài)復(fù)雜，需在有限的空間內(nèi)，設(shè)計出長度適中的空調(diào)管，并同時避免割傷、老化、異響等問題的產(chǎn)生。文章結(jié)合空調(diào)搭載狀態(tài)和生產(chǎn)工藝要求，總結(jié)出空調(diào)管的設(shè)計注意要點(diǎn)，從而用于更好地指導(dǎo)空調(diào)管的設(shè)計。

1 空調(diào)管路搭載位置

汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由以下部件組成：汽車空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流膨脹結(jié)構(gòu)、蒸發(fā)器（在壓縮機(jī)上）[1]。除此之外，空調(diào)管路是用于連接空調(diào)各系統(tǒng)的重要零部件，如圖1 所示。一般乘用車中，空調(diào)管路共包括3 根：冷凝器—蒸發(fā)器（多為純鋁管）、蒸發(fā)器—壓縮機(jī)（多為鋁管和膠管組合）、壓縮機(jī)—冷凝器（多為鋁管和膠管組合）。在乘用車開發(fā)過程中，依照前機(jī)艙內(nèi)零件布置的推進(jìn)，空調(diào)管路的走向布置也尤為重要。

圖1 汽車空調(diào)系統(tǒng)示意圖

2 空調(diào)管路生產(chǎn)過程

2.1 原料選擇

汽車空調(diào)管路的硬管部分主要采用鋁管，部分工程車輛因行駛路況過于惡劣會使用鋼管。一般推薦的鋁管（牌號+狀態(tài)）為3003-H12 和6063-T4。管徑≥10 mm 的鋁管采用6063-T4 為好，管徑＜10 mm 的鋁管建議采用3003-H12[2]。

由于汽車空調(diào)制冷劑HFC-134a 及其PAG 油對NBR 和CR 等橡膠材料有溶解作用，腐蝕能力強(qiáng)，而且HFC-134a 氣體通過膠管時滲透性較高，因此空調(diào)用軟管多采用增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)。輸送HFC-134a 的空調(diào)膠管的內(nèi)襯層一般選用具有優(yōu)異的耐HFC-134a 滲透性能的聚酰胺材料（如尼龍6、尼龍合金ZYTEL 等）。其中3 種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用[3]。1）內(nèi)襯層位于膠管的最內(nèi)層或內(nèi)膠層中間，其抗?jié)B透性較好，但扣頭困難，對軟管的圓度要求較高；2）無內(nèi)襯層，該結(jié)構(gòu)扣頭容易，耐高溫、高壓，但易分層；3）加厚內(nèi)膠層，該結(jié)構(gòu)的膠管壁管較厚，裝配困難，抗?jié)B透性差。

2.2 膠管生產(chǎn)

空調(diào)膠管在使用過程中要承受連續(xù)不斷的振動和HFC-134a 制冷劑的強(qiáng)烈浸蝕，同時要求既能在-40 ℃的低溫環(huán)境下使用，又能長期承受100 ℃以上的高溫。要使膠管保持優(yōu)良的氣密性能、高強(qiáng)度和高彈性，則產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、配方優(yōu)選、生產(chǎn)工藝、原材料選擇和處理、總成裝配、生產(chǎn)控制等各個環(huán)節(jié)都應(yīng)經(jīng)過充分研究和縝密設(shè)計，某個環(huán)節(jié)出錯都可能導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性下降，使空調(diào)膠管出現(xiàn)爆裂、滲漏和脫頭等質(zhì)量問題?？照{(diào)膠管的檢測可以參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T664《汽車空調(diào)HFC-134a 用軟管及組合件技術(shù)條件》進(jìn)行。

一般空調(diào)管廠家并不具備生產(chǎn)膠管原料的能力，直接從膠管供應(yīng)商處進(jìn)行采購。少數(shù)生產(chǎn)線較完備的空調(diào)管廠家擁有自制膠管的能力，需要特別購置煉膠設(shè)備以及膠管成型設(shè)備。該類供應(yīng)商首先需采購生膠原料，添加配合劑，借由煉膠設(shè)備完成煉膠過程。

乘用車空調(diào)系統(tǒng)常采用3 層結(jié)構(gòu)膠管，如圖2 所示。內(nèi)膠層可以選擇BIIR，CIIR，CSM，CR，NBR，HNBR，EPDM 等，由于丁基橡膠能使制冷劑的透過量最小，因此應(yīng)用相對較多；增強(qiáng)層的作用是承受來自膠管內(nèi)部和外部的作用力，提高膠管的強(qiáng)度并限制其變形量，所以增強(qiáng)層的選擇也很重要，維綸線繩和聚酯線繩等都有應(yīng)用；外膠層可以選擇具有較好耐臭氧、耐候、耐熱和耐磨性的EPDM，CR，AEM 等橡膠。

圖2 汽車空調(diào)膠管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

汽車空調(diào)系統(tǒng)膠管的生產(chǎn)工藝，如圖3 所示。首先，經(jīng)過煉膠工藝處理的原料經(jīng)擠出機(jī)擠出，完成內(nèi)膠生產(chǎn)，而后進(jìn)行中間增強(qiáng)層的編線，最后完成外膠擠出。

圖3 汽車空調(diào)系統(tǒng)膠管生產(chǎn)流程圖

2.3 管路生產(chǎn)工藝及尺寸公差

以低壓管為例，結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 汽車空調(diào)低壓管結(jié)構(gòu)

管路在生產(chǎn)過程中，在管路長度及彎管半徑方面存在一定偏差。因此在具體設(shè)計階段也需將公差考慮在內(nèi)，具體公差，如表1 所示。圖5 示出空調(diào)管生產(chǎn)階段中的主要環(huán)節(jié)。

表1 汽車空調(diào)鋁管長度及彎管半徑公差表 mm

圖5 汽車空調(diào)管生產(chǎn)流程圖

3 空調(diào)管路路徑設(shè)計

空調(diào)管路承擔(dān)連接空調(diào)系統(tǒng)各零部件的功能，在進(jìn)行3D 數(shù)據(jù)研討及管路走向設(shè)定時，應(yīng)充分考慮與周邊零部件的間隙，以免在汽車行駛時發(fā)生干涉進(jìn)而產(chǎn)生噪聲，還要避免冷凝水滴落在接插件上。在設(shè)計過程中，應(yīng)充分結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，合理設(shè)定彎管半徑及管路長度。同時在管路設(shè)計時，應(yīng)充分考慮振動吸收、固定點(diǎn)、安裝操作空間等問題。例如：為吸收壓縮機(jī)工作時的振動，與壓縮機(jī)相連的2 根空調(diào)管應(yīng)采用鋁管和膠管組合的設(shè)計。

在汽車空調(diào)管路的設(shè)計中，膠管能夠起到減振降噪的作用，硬管與膠管共同形成冷媒回路，由接頭連接各總成。各組成部件的設(shè)計要點(diǎn)如下：1）硬管。在滿足機(jī)艙內(nèi)的布置要求的前提下，要求在每個彎角前后的直線段硬管長度大于40 mm（推薦大于50 mm），彎曲半徑應(yīng)大于25 mm（軸線/彎曲半徑設(shè)定應(yīng)結(jié)合彎管機(jī)實(shí)際情況且各彎曲半徑相等）；從接頭伸出的硬管直線段長度應(yīng)在20 mm 以上（推薦30 mm 以上），且應(yīng)考慮到彎曲半徑所占空間；硬管與周邊間隙在10 mm 以上。2）膠管。成型管的成本、加工難度和周期都高于非成型管，所以在設(shè)計中應(yīng)盡量使用非成型管；為達(dá)到規(guī)定的減振效果，膠管長度需大于300 mm；膠管的彎曲半徑應(yīng)大于50 mm，避免管路老化開裂；膠管與周邊間隙在30 mm 以上。3）支架?？照{(diào)管的支架必須設(shè)計在硬管的部分，以免劃傷膠管。

4 結(jié)論

文章結(jié)合空調(diào)搭載狀態(tài)和生產(chǎn)工藝要求，總結(jié)歸納了汽車空調(diào)管設(shè)計過程中的注意點(diǎn)，并在實(shí)際開發(fā)中加以驗證，可以有效快捷地指導(dǎo)空調(diào)管的設(shè)計，縮短研發(fā)周期與降低成本。隨著節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，以及新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，此設(shè)計注意點(diǎn)應(yīng)及時更新。