本文以某款商用汽车为对象， 对汽车空调在整车车身中渗水的原因进行分析， 对控制汽车空调渗水提出多种方案， 并进行改进优化。 汽车环境模拟试验结果表明， 优化后避免了汽车空调在整车车身中渗水现象， 提高了车内空调系统的稳定性和可靠性， 改善了整车内部环境。

    随着汽车工业的发展和普及， 人们对车内环境舒适性要求在不断提高。 在某特定的汽车车身空间中， 客户对于汽车空调的要求越来越高。 特别是一些高温高湿的炎热地区， 客户往往会利用汽车空调进行除霜、 除湿； 一旦开启汽车空调， 如果驾驶室内出现渗水或吹水等现象， 会严重影响使用效果，造成空调索赔甚至整车索赔。 现阶段， 车身和整车生产厂家对汽车空调的渗水现象尤为关注， 对汽车空调厂家常常提出了一些控制汽车空调渗水的条件和要求。 汽车空调厂家如何进行控制和预防车身渗水问题， 成为迫切需要解决的难题。

    1 理论原因分析
   渗水是指积水或在水压作用下， 通过微裂或毛细孔渗水， 通常根据水量只是潮湿或滴水很慢。 本文中所提渗水是广义概念， 包括： 渗水、 吹水、 溢水等与汽车空调有关的有水进入车身内部的范畴。本文中所指的吹水是指汽车空调蒸发箱内部的冷凝水来不及或不能够及时通过蒸发箱排水管排出， 在鼓风电机风压的作用下， 随风一起通过风道被带入车身驾驶室的现象。溢水， 水因充满而溢出的现象。
    1） 汽车空调本身的设计和制造问题引起整车渗水。 例如汽车空调冷凝水排出管的设计不合理，蒸发器芯子设计不合理， 空调壳体设计分型不合理， 暖风散热器密封和耐久试验没通过等。
    2） 汽车空调和整车车身对接部位设计不合理。这其中有整车车身本身设计的问题， 也有汽车空调和车身钣金对接部位密封性设计不合理的问题。 如汽车空调新风进风口和整车车身前围板对接密封效果不好， 或整车车身前围板本身设计问题， 造成淋水试验不通过， 车身内部渗水问题等。

    2 实例剖析及解决方案
    2.1 汽车空调本身的设计和制造问题引起整车渗水
    2.1.1 汽车空调冷凝水接水盘、 排出管设计尺寸和位置不合理
以东风天龙商用车空调总成为例。 汽车空调冷凝水接水盘、 排出管按整车装配方式， 一般设计在驾驶室内蒸发箱的最低位置。 冷凝水首先进入接水盘， 流经排水管， 然后用排水胶管牵引至整车车身外并有效固定， 这样利于冷凝水的排出。 如图1所示。

    由图1可以看出， 东风天龙汽车空调蒸发箱在整车布局时， 其接水盘、 排水管在设计初期阶段就应该放置在最低位置 （蒸发箱内壁水平面以下），这样利于冷凝水的排出。 如果接水盘、 排水管位置不是最低或在实车装配中没有处在较低的位置， 必然造成蒸发箱壳体内部积水现象产生。 当汽车上坡或下坡时， 必然导致排水管排水不畅， 从而引发积水溢出蒸发箱壳体， 造成车身内部渗水现象产生。
    2.1.2 汽车空调蒸发箱壳体设计分型不合理
    空调蒸发箱在设计时， 如果塑料壳体设计分型不合理， 造成箱体扣合部位在实车装配中处于最下端， 则极易造成空调开启后冷凝水从蒸发箱箱体扣合部位溢水现象产生， 造成车身内部渗 水 。如图2所示。
图2是 东 风天龙汽车空调实车装配方向 （正对驾驶员方向），其中蒸发箱中含有蒸发器芯体以及鼓风电机。 从图3可以看出， 该蒸发箱的装配工艺是前后箱体进行配合装配的， 其合缝间隙有很大一部分在实车装配时处于最低位置。 空调开启并运行后， 蒸发器芯体在进行热交换的时候， 将会有冷凝水产生。 有冷凝水产生， 就一定有水从箱体的合缝间隙中排出。 因为蒸发箱及其总成是装在驾驶室内部的， 就会造成车身驾驶室内部渗水现象产生。 当然， 可能有些公司会采用涂密封胶或密封条的措施进行补救， 但这样做有以下隐患： 成本上有所增加； 批量生产时，工艺上难以实现或实现起来比较困难； 状态和外观以及试验很难保证能够通过。



    解决措施： 将蒸发箱箱体扣合改为上下扣合方式进行开模和分型， 能够有效解决塑料壳体渗水问题。 如图4所示。

    图4中， 经过改进的蒸发箱合箱体改为上下分型， 合箱体的装配工艺变为上下扣合， 箱体扣合后合缝处约在箱体中部位置， 没有在最下方， 避免了箱体合缝间隙处在最下端的问题， 消除了蒸发器冷凝水渗漏的可能。 即便蒸发箱有冷凝水产生， 可以很容易从处在最低位置的冷凝水排水管中排除。
    2.1.3 汽车空调HVAC部分内部壳体风道流向设计不合理
    现阶段， 有实力的汽车空调厂家研发中心一般应用Fluent 6.1和Ansys等相关应用分析软件， 进行CFD模拟仿真。 避免在设计初期阶段， 特别是空调HVAC系统中暖风机本体部分， 出现风在风道内部涡流、 紊流等现象发生， 最大可能地减小风阻， 科学地设计风道内部结构， 使理论和实际尽可能地相吻合。 在HVAC系统中， 暖风本体的风道流向设计既要满足不产生涡 流 和 紊 流 现象， 又能够比较合理地分配风的不同流向， 如吹面、 吹脚、 除霜等。 图5为 东 风风 神 S30 轿 车 应用Fluent 6.1进行分析的实例。在空调HVAC系统中， 暖风机内部结构决定了风道的流向， 暖风机相关零件几乎全为塑料件， 需要开模具且成本投入比较大。 在开模初期， 为了避免开模后出现不应该有的设计失误和资金损失， 一般需要进行快速成型验证。 当暖风机壳体内部流道结构设计过于粗糙和简化时， 会出现吹水现象。 即空调启动后， 蒸发器冷凝水不能够有效地从冷凝水排水口排出， 部分冷凝水被吹至风道出口处， 并被直接吹至驾驶员或乘客的面部， 造成客户的不适和抱怨， 所以暖风风道流向的设计至关重要。

    2.1.4 汽车空调暖风散热器、 蒸发器相关试验验证不充分
    汽车空调中暖风散热器芯体、 蒸发器芯体的内部结构是一个相对封闭空间， 内部流动的介质分别为发动机循环水和制冷用冷媒。 一旦这些芯体出现泄漏， 就会出现不同程度的破坏： 暖风散热器破裂和泄漏， 会出现车身内部大量积水现象产生， 甚至造成发动机缸体拉缸或其他程度的损坏； 蒸发器芯体泄漏会引起冷媒泄漏， 造成驾驶室内部空气品质变差， 驾驶员或乘客身体不适， 空调系统制冷功能失效。
前期进行充分地试验验证， 是避免车身内部渗水和顾客抱怨、 索赔的必要手段。 涉及到暖风散热器、 蒸发器芯体， 主要有以下试验： 气密试验、 耐压试验、 耐振动试验、 往复加压、 耐腐蚀、 耐高低温试验等。
    2.1.5 汽车空调蒸发器芯体结构设计不合理
    蒸发器芯体的结构设计决定了冷凝水能否顺利排出， 只有冷凝水的顺利排出， 才能保证空调出风口不会形成吹水， 空调系统总成才能够正常运行而不会由于积水产生结冰结霜现象。 图6为东风天龙车空调蒸发器芯体结构设计示意图。
    如果图6中所摆方向为蒸发器芯体实车装配方向， 则该状态对蒸发器冷凝水排出非常不利， 极易造成冷凝水停留于扁管上下不来， 这种冷凝水流挂现象在蒸发风机风量较大的情况下， 冷凝水水珠会被吹出风道， 打在驾驶员或乘客的面部， 造成客户的不适和抱怨。 更为严重的是， 流挂的冷凝水如果积水达到一定程度， 并和各种污染物质溶解沉积，极易造成蒸发器芯体表面结霜结冰现象产生。 一旦发生这种情况， 空调系统的制冷效果将严重受到影响， 从而造成系统失效。

    解决措施： 如图7所示， 将芯体扁管结构设计改为纵向排列， 即上下排列的方式。 这样冷凝水随着自身的重力， 再加上纵向排列的扁管分子间的牵引力进行导向， 冷凝水就能够比较顺利地自上而下排至箱体底部， 然后自排水口排出。

    蒸发器翅片的亲水处理， 是解决翅片间冷凝水积聚和搭建水桥的最好方法。 当冷凝水珠的高度超过翅片间距的一半时， 很可能在两片翅片间形成水桥， 由此增加了空气的流动阻力， 减少了通风量，影响了蒸发器热交换能力， 使本来就不够的汽车空调制冷量变得更加不足。 同时， 这种干湿交换状态， 使空气中的氧化物、 氯化物、 盐类及各种污染物质不断地溶解和沉积在翅片表面， 使铝材受到腐蚀， 生成白色粉状物。 这种白粉不仅增加了传热热阻， 影响热交换， 还会随气流带入室内， 污染车身内部环境。
    试验表明， 亲水处理是让翅片表面生成具有亲水性的耐腐蚀薄膜， 能使凝露水珠的高度减小， 甚至水滴一到表面， 即能迅速扩散形成极薄的水膜，此即为膜状冷凝， 从而能够避免形成水桥， 减小风阻， 使风机能耗得到降低。 亲水处理前， 凝露水珠像珍珠； 亲水处理后， 凝露水滴比较平坦。
    2.1.6 蒸发器在箱体内部密封不严造成吹水或渗水
    蒸发器芯体在箱体内部进风侧部位没有密封或密封效果不好， 会造成空调和车身连接的风管内部有吹水现象产生， 同时造成空调制冷效果下降的缺陷。 图8为东风天龙车蒸发箱进风侧截面示意图。图8中蒸发器的有效散热面积为含有翅片的白色框选区域， 热空气只有经过该区域和冷媒发生热交换，才能使室内温度逐步下降。 蒸发器芯体在箱体中装配， 需要与箱体四面贴合并固定。 特别是蒸发器进风侧和箱体贴合部位须进行必要地密封， 如果不密封或密封效果不行， 会造成部分空气从蒸发器和箱体贴合的间隙中流出而没有进行热交换， 并混合至经过热交换的冷空气中， 造成空调出风口制冷效果变差， 达不到空调的预期效果。 更为严重的是， 会造成吹水现象产生。 如图9所示。

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