汽車內(nèi)飾出風(fēng)口密封性能研究

摘 "要：在汽車內(nèi)飾空調(diào)出風(fēng)口的設(shè)計中，密封性能是需要考量的關(guān)鍵性能之一。本文分析自封閉式出風(fēng)口的應(yīng)用背景，研究了空調(diào)吹面出風(fēng)口的密封性標(biāo)準(zhǔn)和自封閉式出風(fēng)口產(chǎn)生泄漏的原因，通過大量試驗驗證得到了泄漏量與泄漏面積的關(guān)系，為設(shè)計階段判斷出風(fēng)口密封性能達(dá)成提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：出風(fēng)口;密封性;自封閉

中圖分類號：U463 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " "文章編號：1005-2550（2022）05-0063-05

Study on the Performance of Automobile Interior Air Outlet

CHENG Bi-shu， ZHENG Peng， HUANG Hao

（Dong feng Yan feng Automotive Trim Systems Co.， Ltd， Wuhan 430056， China）

Abstract： Sealing performance is one of the key characteristics to be considered in the design of air conditioning outlet of automobile interior decoration. This article analyzes the application background of self-closed air outlets， studies the sealing standard of air conditioning blowing surface air outlets and the causes of leakage of self-closed air outlets， and obtains the relationship between leakage amount and leakage area through a large number of tests， which provides a basis for judging the sealing performance of air outlets in the design stage.

Key Words： Vent; Sealing; Self-closed

引 " "言

在整個汽車空調(diào)系統(tǒng)中，由出風(fēng)口和風(fēng)道組成的汽車通風(fēng)系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著將經(jīng)過處理的空氣送到汽車駕駛艙內(nèi)，完成通風(fēng)、制冷、加熱、除霧、凈化空氣等功能?？照{(diào)出風(fēng)口屬于乘客可見區(qū)域，出風(fēng)口的布置、大小、形式直接影響車內(nèi)氣流速度、氣流方向和氣流組織，所以對車內(nèi)安靜程度和乘客舒適性有著重要的影響。

空調(diào)吹面出風(fēng)口的發(fā)展按外觀風(fēng)格劃分分為三個階段[1]。第一代傳統(tǒng)的空調(diào)吹面出風(fēng)口，基本為一個獨立的造型特征，一般由裝飾框、面框、殼體、風(fēng)門、撥輪、撥鈕、連桿、葉片等部件組成。一般情況下，傳統(tǒng)出風(fēng)口包含“桶型出風(fēng)口”和“雙葉片型出風(fēng)口”兩種。桶型出風(fēng)口經(jīng)濟(jì)而簡單;雙葉片型出風(fēng)口相對復(fù)雜，造型靈活多樣，成本較高。第二代裝飾性出風(fēng)口是將出風(fēng)口葉片結(jié)構(gòu)及外觀部分同某一整體的內(nèi)飾造型特征相融合，這種出風(fēng)口的結(jié)構(gòu)形式一般為雙葉片型，真實的出風(fēng)口外輪廓多為形狀較為規(guī)則的矩形。第三代出風(fēng)口為隱藏式出風(fēng)口，通過結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新盡量減小出風(fēng)口的高度，使得出風(fēng)口的外露部分為狹長的矩形，使得出風(fēng)口同周圍的造型特征相融合，達(dá)到總體視覺上影藏出風(fēng)口的目的。從造型角度而言，裝飾性出風(fēng)口和隱藏式出風(fēng)口的主要區(qū)別為，前者特征夸張、后者整體造型風(fēng)格更加簡約。

當(dāng)前，在汽車設(shè)計過程中，空調(diào)出風(fēng)口關(guān)閉狀態(tài)的密封性是一個常常容易被空氣動力學(xué)工程師們所忽視的問題。但是隨著消費(fèi)者對乘用車座艙內(nèi)舒適性要求的提高，空調(diào)在制冷或制熱工作中關(guān)閉某個風(fēng)門不需要吹風(fēng)工況的需要，出風(fēng)口的風(fēng)門結(jié)構(gòu)已經(jīng)成了主流車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。在車內(nèi)顯示屏越來越巨大的趨勢下，裝飾性出風(fēng)口和隱藏式出風(fēng)口越來越多的被應(yīng)用，為了同時滿足空調(diào)性能的工程要求和造型美學(xué)訴求，控制獨立風(fēng)門的撥輪結(jié)構(gòu)越來越難以布置，隨之應(yīng)運(yùn)而生的自封閉式出風(fēng)口獲得了造型設(shè)計師的青睞。自封閉式出風(fēng)口是靠風(fēng)向調(diào)節(jié)葉片完全閉合達(dá)到密封效果，相比獨立風(fēng)門型出風(fēng)口優(yōu)點是沒有了控制風(fēng)門開關(guān)的撥輪，為A面造型提供了更大的發(fā)揮空間;撥輪和風(fēng)門的減少也節(jié)省了更多的開發(fā)費(fèi)用。自封閉出風(fēng)口的缺點是關(guān)閉狀態(tài)時的密封性相比獨立風(fēng)門型出風(fēng)口更難達(dá)成。而在設(shè)計階段又缺少相應(yīng)的驗證手段，CFD也無法模擬，導(dǎo)致自封閉式出風(fēng)口在實物階段要經(jīng)過多次的修模、改模才能驗證合格，浪費(fèi)了大量人力、財力和時間。

本文分析了乘用車空調(diào)吹面出風(fēng)口的密封性標(biāo)準(zhǔn)和自封閉式出風(fēng)口產(chǎn)生泄漏的原因，通過大量試驗驗證了泄漏量與泄漏面積的關(guān)系，為設(shè)計階段判斷出風(fēng)口密封性能達(dá)成提供了依據(jù)。

1 " "出風(fēng)口密封性標(biāo)準(zhǔn)對比

對主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)研究發(fā)現(xiàn)，密封性測試都是在出風(fēng)口關(guān)閉狀態(tài)，其進(jìn)風(fēng)口背壓大多為250Pa時進(jìn)行測試的。豪華品牌密封要求最為嚴(yán)格，風(fēng)門類型和自封閉式要求基本一樣。多數(shù)普通品牌會考慮成本，自封閉式出風(fēng)口的泄漏量限值都會比帶獨立風(fēng)門的出風(fēng)口的泄漏量限值高很多。但隨著新勢力車企的加入，車內(nèi)駕乘體驗越發(fā)的被重視，舊的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足不了競爭要求，主機(jī)廠也紛紛有調(diào)整自封閉出風(fēng)口的泄漏量在0.1m3/min以下的趨勢。出風(fēng)口供應(yīng)商在保持較低成本的情況下達(dá)成客戶目標(biāo)也成為重點課題。

2 " "出風(fēng)口泄漏位置分析

帶單獨風(fēng)門的出風(fēng)口，其風(fēng)門葉片一般是周圈二次注塑包軟膠，或葉片周圈帶卡裝毛氈等，用軟質(zhì)材料與殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行干涉接觸以此消除葉片于殼體的間隙。這種密封效果一般都比較好，容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

自封閉類型出風(fēng)口取消了單獨的風(fēng)門結(jié)構(gòu)，靠風(fēng)向調(diào)節(jié)葉片封閉風(fēng)道來達(dá)到密封效果。為了到更好的密封效果，有的產(chǎn)品也會葉片上進(jìn)行包膠以保證密封。但在考慮更低成本的情況下，多數(shù)都不會進(jìn)行包膠，直接是靠硬質(zhì)葉片進(jìn)行密封的。

經(jīng)過對出風(fēng)口的結(jié)構(gòu)分析，出風(fēng)口在關(guān)閉狀態(tài)下產(chǎn)生泄露的位置是由于零件間間隙導(dǎo)致，主要有：葉片與殼體間隙、葉片與葉片間隙、葉片轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔的間隙。通過CATIA軟件可以計算得出這些間隙的總透過面積。

3 " "泄漏量與泄漏面積關(guān)系研究試驗

試驗方法：在相同背壓下，使用風(fēng)量臺測試不同出風(fēng)口面積的空氣泄漏量[2]。

試驗環(huán)境：室溫23±2℃，濕度50±20%

試驗設(shè)備：風(fēng)量試驗臺[3]

出風(fēng)口模擬工裝：使用硬紙板制作模擬出風(fēng)口的工裝，開口尺寸50mm*150mm

輔助材料：牛皮紙、膠帶、橡皮泥、直徑0.75mm的針（截面積0.44mm2）

工具：尺、美工刀

設(shè)備輸入風(fēng)壓：250Pa

試驗過程：

①制作出風(fēng)口模擬工裝，一頭開口尺寸50mm *150mm;另一頭開口大小與風(fēng)量試驗臺出風(fēng)口匹配;

②將出風(fēng)口模擬工裝安裝在風(fēng)量試驗臺出風(fēng)口上，使用膠帶和橡皮泥密封接口，確保沒有漏風(fēng)點。

③用牛皮紙封住模擬工裝的出口，同樣使用膠帶和橡皮泥密封接口，確保沒有漏風(fēng)點。

④啟動風(fēng)量臺，使模擬工裝進(jìn)風(fēng)口背壓達(dá)到250Pa，在此期間檢查是否有漏風(fēng)。如有，使用橡皮泥進(jìn)行堵塞，直到模擬工裝及接口處沒有泄露。然后再次測量在背壓250Pa穩(wěn)定時設(shè)備顯示泄露值，此時結(jié)果為設(shè)備基準(zhǔn)泄漏量，記錄為L0。

⑤使用針在牛皮紙上扎洞，每增加5個洞，需要依次測試背壓穩(wěn)定在250Pa時的泄漏量，直到測試到100個針孔。記錄泄漏結(jié)果為LX，X代表“測試順序”。每次的測試結(jié)果即為LX-L0。表2為計算針孔累積面積和其對應(yīng)的泄漏量結(jié)果。

⑥按表3所示孔面積準(zhǔn)備好打方孔的牛皮紙。拆掉步驟⑤中的打孔牛皮紙，更換已開好方孔的牛皮紙，按表3順序分別進(jìn)行第21到28次試驗;依次測量每個方孔在背壓穩(wěn)定250Pa時的泄漏量，同樣記錄泄漏結(jié)果為LX，X代表“測試順序”。每次的測試結(jié)果即為LX1-L0。表3為不同積面的方孔和其對應(yīng)的泄漏量結(jié)果。

⑦整合第⑤步和第⑥步的數(shù)據(jù)，以“孔總面積”為x軸，“泄漏量”為y軸，可以得出如下泄漏量與面積的關(guān)系曲線。通過對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，對散點進(jìn)行回歸直線分析，可以得出如下泄漏量與開口面積的一元線性回歸方程[4]：

出風(fēng)口輸入背壓為250Pa時，y = 0.0007x + 0.0029上述，y表示泄漏量，單位m3/min;x表示零件泄露面積，單位mm2。

4 " "實例應(yīng)用

在某車型儀表板出風(fēng)口設(shè)計中客戶提出要使用自封閉結(jié)構(gòu)，按其標(biāo)準(zhǔn)要求出風(fēng)口在250Pa背壓時泄漏量≤0.1m3/min。在設(shè)計階段，經(jīng)過對此項目的出風(fēng)口數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)主要的泄漏點在于葉片與殼體轉(zhuǎn)軸位置的間隙。對出風(fēng)口密封性能進(jìn)行評估時，設(shè)計團(tuán)隊使用CATIA投影出有間隙的位置并計算出總的間隙面積S1，使用泄漏量公式進(jìn)行計算發(fā)現(xiàn)結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過一輪優(yōu)化，在保證葉片能過正?；顒拥那疤嵯聦⑷~片與轉(zhuǎn)軸的間隙由0.6mm調(diào)整到0.25mm，再次計算投影間隙總面積S2，帶入泄漏量計算公式中算出結(jié)果合格。設(shè)計以此鎖定了此處出風(fēng)口的配合機(jī)構(gòu)。后續(xù)實物出來后，監(jiān)控供應(yīng)商零件尺寸做到數(shù)據(jù)狀態(tài)，使用實物測試結(jié)果也符合標(biāo)準(zhǔn)，且與設(shè)計結(jié)算理論計算的結(jié)果基本吻合。

經(jīng)過量產(chǎn)項目的驗證，這種計算零件總泄露面積，再通過本文所描述的公式計算泄漏量的方法可以有效呈現(xiàn)產(chǎn)品的真實泄漏量水平，對出風(fēng)口設(shè)計有指導(dǎo)意義。

5 " "結(jié)論

本文分析了自封閉出風(fēng)口廣泛應(yīng)用的背景，對乘用車空調(diào)吹面出風(fēng)口的密封性標(biāo)準(zhǔn)和自封閉式出風(fēng)口產(chǎn)生泄漏的原因進(jìn)行了探索，并以某車型出風(fēng)口為例，驗證了試驗所得的泄漏量與泄漏面積的關(guān)系公式的有效性，并得出以下結(jié)論：

（1）自封閉式出風(fēng)口會越來越多的被應(yīng)用，其密封性要達(dá)到≤0.1m3/min;

（2）出風(fēng)口引起泄露的位置通常是葉片與殼體間隙、葉片與葉片的間隙、轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔的間隙。設(shè)計階段優(yōu)化這些間隙科有效改善密封性;

（3）出風(fēng)口泄漏量與泄露面積關(guān)系為y = 0.0007x + 0.0029。產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計階段可通過此公式進(jìn)行計算，校核當(dāng)前狀態(tài)的泄漏量是否符合客戶標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李濤.空調(diào)吹面出風(fēng)口的設(shè)計趨勢[EB/OL]，2018.

[2]DMOV_CARO2_0128車輛的空氣分配部件的密封測量[S]，2004.

[3]GB/T 1236-2017 工業(yè)通風(fēng)機(jī) 用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗[S]，2017.

[4]羅洪群，王青華主編;董春副主編.市場調(diào)查與預(yù)測 第2版[M]：清華大學(xué)出版社，2016.

程必舒

畢業(yè)于湖北大學(xué)高分子材料專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)延鋒汽車飾件系統(tǒng)有限公司，任初級工程師，從事內(nèi)飾產(chǎn)品性能認(rèn)證工作。

專家推薦語

王長江

東風(fēng)延鋒汽車飾件系統(tǒng)有限公司

研究員級高級工程師

本文對當(dāng)前自封閉式出風(fēng)口的應(yīng)用進(jìn)行了說明，并通過對出風(fēng)口泄漏處的位置進(jìn)行分析，提出對這些間隙進(jìn)行優(yōu)化，可有效改善密封性。最后通過試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計，得出出風(fēng)口泄漏量與泄漏面積的關(guān)系公式，并在不同類型產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)驗證總結(jié)，確認(rèn)了公式在實際應(yīng)用的準(zhǔn)確性，有一定的參考價值。