汽車空調管設計注意點

呂嵩 王垚

（一汽豐田技術開發有限公司）

隨著現代汽車工業的迅猛發展，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，良好的空調性能是乘車舒適性體驗的重要指標。空調性能除受空調自身功率配比的影響外，空調管的合理性設計對其也起到重要作用。空調管的設計難點在于空調所處的搭載狀態復雜，需在有限的空間內，設計出長度適中的空調管，并同時避免割傷、老化、異響等問題的產生。文章結合空調搭載狀態和生產工藝要求，總結出空調管的設計注意要點，從而用于更好地指導空調管的設計。

1 空調管路搭載位置

汽車空調系統主要由以下部件組成：汽車空調壓縮機、冷凝器、節流膨脹結構、蒸發器（在壓縮機上）[1]。除此之外，空調管路是用于連接空調各系統的重要零部件，如圖1 所示。一般乘用車中，空調管路共包括3 根：冷凝器—蒸發器（多為純鋁管）、蒸發器—壓縮機（多為鋁管和膠管組合）、壓縮機—冷凝器（多為鋁管和膠管組合）。在乘用車開發過程中，依照前機艙內零件布置的推進，空調管路的走向布置也尤為重要。

圖1 汽車空調系統示意圖

2 空調管路生產過程

2.1 原料選擇

汽車空調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）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，而且HFC-134a 氣體通過膠管時滲透性較高，因此空調用軟管多采用增強層結構。輸送HFC-134a 的空調膠管的內襯層一般選用具有優異的耐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 種結構被廣泛應用[3]。1）內襯層位于膠管的最內層或內膠層中間，其抗滲透性較好，但扣頭困難，對軟管的圓度要求較高；2）無內襯層，該結構扣頭容易，耐高溫、高壓，但易分層；3）加厚內膠層，該結構的膠管壁管較厚，裝配困難，抗滲透性差。

2.2 膠管生產

空調膠管在使用過程中要承受連續不斷的振動和HFC-134a 制冷劑的強烈浸蝕，同時要求既能在-40 ℃的低溫環境下使用，又能長期承受100 ℃以上的高溫。要使膠管保持優良的氣密性能、高強度和高彈性，則產品結構設計、配方優選、生產工藝、原材料選擇和處理、總成裝配、生產控制等各個環節都應經過充分研究和縝密設計，某個環節出錯都可能導致產品可靠性下降，使空調膠管出現爆裂、滲漏和脫頭等質量問題。空調膠管的檢測可以參照行業標準QC/T664《汽車空調HFC-134a 用軟管及組合件技術條件》進行。

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

乘用車空調系統常采用3 層結構膠管，如圖2 所示。內膠層可以選擇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，因此應用相對較多；增強層的作用是承受來自膠管內部和外部的作用力，提高膠管的強度并限制其變形量，所以增強層的選擇也很重要，維綸線繩和聚酯線繩等都有應用；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 汽車空調膠管產品結構示意圖

汽車空調系統膠管的生產工藝，如圖3 所示。首先，經過煉膠工藝處理的原料經擠出機擠出，完成內膠生產，而后進行中間增強層的編線，最后完成外膠擠出。

圖3 汽車空調系統膠管生產流程圖

2.3 管路生產工藝及尺寸公差

以低壓管為例，結構如圖4 所示。

圖4 汽車空調低壓管結構

管路在生產過程中，在管路長度及彎管半徑方面存在一定偏差。因此在具體設計階段也需將公差考慮在內，具體公差，如表1 所示。圖5 示出空調管生產階段中的主要環節。

表1 汽車空調鋁管長度及彎管半徑公差表 mm

圖5 汽車空調管生產流程圖

3 空調管路路徑設計

空調管路承擔連接空調系統各零部件的功能，在進行3D 數據研討及管路走向設定時，應充分考慮與周邊零部件的間隙，以免在汽車行駛時發生干涉進而產生噪聲，還要避免冷凝水滴落在接插件上。在設計過程中，應充分結合生產實際情況，合理設定彎管半徑及管路長度。同時在管路設計時，應充分考慮振動吸收、固定點、安裝操作空間等問題。例如：為吸收壓縮機工作時的振動，與壓縮機相連的2 根空調管應采用鋁管和膠管組合的設計。

在汽車空調管路的設計中，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。各組成部件的設計要點如下：1）硬管。在滿足機艙內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），彎曲半徑應大于25 mm（軸線/彎曲半徑設定應結合彎管機實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在20 mm 以上（推薦30 mm 以上），且應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，所以在設計中應盡量使用非成型管；為達到規定的減振效果，膠管長度需大于300 mm；膠管的彎曲半徑應大于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。空調管的支架必須設計在硬管的部分，以免劃傷膠管。

4 結論

文章結合空調搭載狀態和生產工藝要求，總結歸納了汽車空調管設計過程中的注意點，并在實際開發中加以驗證，可以有效快捷地指導空調管的設計，縮短研發周期與降低成本。隨著節能環保要求的不斷提高，以及新技術、新材料的應用，此設計注意點應及時更新。