汽車空調系統連接接口設計

邱雪杰，何景林，涂家富

（長安汽車股份有限公司合肥研究院，安徽 合肥 230000）

汽車空調運轉時，空調系統通過制冷劑循環，與外界進行熱交換，完成空調系統的制冷功能；為保證空調系統的制冷劑流動順暢、高效地完成熱量傳遞，各部件的連接必須保證系統的低阻力和密封性。

管路部件是連接汽車空調系統中的其他零部件，使分散在汽車車身內部的壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥等部件緊密有序相連，形成一個封閉的系統，保證制冷劑在空調系統中的循環流動。

汽車空調系統中的連接接口采用O形圈徑向密封方式，用于密封的O形圈，要求有較好的耐HFC-134a和耐壓縮機潤滑油能力，良好的抗磨性、抗腐蝕、抗撕壓特性，目前選用的O形圈材料為氫化丁晴橡膠 （HNBR），顏色一般為綠色、黑色。

1 O形圈密封原理

O形圈裝在密封溝槽中，并形成適當的壓縮量，借助于材料的反彈力壓緊密封面而起到密封的作用；如圖1，O形密封圈 （圖1a）是安放在密封溝槽中 （圖1b）使用的，O形圈的密封能力是裝配后的壓縮力 （圖1c）和冷媒高壓作用下，使O型圈發生變形所產生的彈性接觸力來實現的，此密封能力隨著壓力的升高而提升，并且磨損后有一定的自動補償能力。

O形圈靠彈性、形狀等可達到自行密封 （圖1d），當O形圈壓力超過某限度，O形圈被擠入溝槽間隙，由于空調系統工作時產生的壓力脈動，會使密封圈產生微量振動損壞O形圈，使密封能力下降，甚至產生泄漏，為避免此種情況，在密封設計時要考慮系統工作時的受力和O形圈的硬度以及溝槽的間隙，其三者關系見曲線圖 （圖2）；使用氫化丁晴橡膠的O形圈密封，溝槽間隙在極限公差時應小于0.4mm。

圖1 O形圈密封原理圖

圖2 曲線圖

2 密封接口參數設計

O形圈密封是擠壓式接觸密封，影響密封性能的因素有：O形圈拉伸率、壓縮率和溝槽尺寸。

2.1 O形圈拉伸率

拉伸率是用于評價O形圈裝配后的拉伸量，拉伸量過大，導致O形圈不易裝配，O形圈的斷面直徑減小，影響壓縮率和接觸面寬度從而影響密封性能，引起泄漏，如果無拉伸，則密封應力較小，裝配時容易脫出；所以O形圈使用時，一般處于拉伸狀態，拉伸率的公式和推薦范圍 （表1）如下。

式中：a——O形圈拉伸率；d——O形圈的拉伸后內徑；d1——O形圈的實際內徑。

2.2 壓縮率

壓縮率是用于評價O形圈在裝配后的斷面變形量，壓縮率過小，會導致密封不良，引起泄漏；壓縮量過大，會使O形圈過度變形導致應力松弛，甚至損壞，引起泄漏，因此壓縮率應在合理的范圍內，其公式和推薦范圍 （表2）如下。

式中：ε——壓縮率；d0——O形圈斷面直徑；H——溝槽深度。

表2 O形圈裝配的壓縮率

2.3 溝槽尺寸

空調管路的O形圈密封屬于靜態密封，O形圈在遇到液體和溫度升高時會產生膨脹，所以溝槽寬度b應考慮O形圈壓縮變形后的寬度B0和O形圈工作時產生的膨脹，其公式和尺寸公差推薦值 （表3）如下。

式中：k——O形圈的膨脹系數；ε——壓縮率；d0——O形圈斷面直徑。

3 總結

在汽車空調管路的密封設計時，要根據管徑考慮合理的O形圈，并設計溝槽尺寸。溝槽深度要小于O形圈自由狀態下的斷面直徑，其溝槽深度是O形圈的壓縮率的關鍵因素，壓縮率的設計影響密封的性能，溝槽的寬度設計影響密封的耐久穩定性。為了防止O形圈在工作時被擠壓到溝槽間隙中，在滿足裝配的前提下，溝槽間隙設計應盡量小些。為了防止O形圈裝配時出現割傷和刮傷，和O形圈可能接觸的棱都需要采用圓角設計，如圖3溝槽示意圖。

圖3 溝槽示意圖