汽车内饰出风口密封性能研究

在整个汽车空调系统中，由出风口和风道组成的汽车通风系统，担负着将经过处理的空气送到汽车驾驶舱内，完成通风、制冷、加热、除雾、净化空气等功能。空调出风口属于乘客可见区域，出风口的布置、大小、形式直接影响车内气流速度、气流方向和气流组织，所以对车内安静程度和乘客舒适性有着重要的影响。

空调吹面出风口的发展按外观风格划分分为三个阶段[1]。第一代传统的空调吹面出风口，基本为一个独立的造型特征，一般由装饰框、面框、壳体、风门、拨轮、拨钮、连杆、叶片等部件组成。一般情况下，传统出风口包含“桶型出风口”和“双叶片型出风口”两种。桶型出风口经济而简单；双叶片型出风口相对复杂，造型灵活多样，成本较高。第二代装饰性出风口是将出风口叶片结构及外观部分同某一整体的内饰造型特征相融合，这种出风口的结构形式一般为双叶片型，真实的出风口外轮廓多为形状较为规则的矩形。第三代出风口为隐藏式出风口，通过结构的创新尽量减小出风口的高度，使得出风口的外露部分为狭长的矩形，使得出风口同周围的造型特征相融合，达到总体视觉上影藏出风口的目的。

从造型角度而言，装饰性出风口和隐藏式出风口的主要区别为，前者特征夸张、后者整体造型风格更加简约。

当前，在汽车设计过程中，空调出风口关闭状态的密封性是一个常常容易被空气动力学工程师们所忽视的问题。但是随着消费者对乘用车座舱内舒适性要求的提高，空调在制冷或制热工作中关闭某个风门不需要吹风工况的需要，出风口的风门结构已经成了主流车型的标准配置。在车内显示屏越来越巨大的趋势下，装饰性出风口和隐藏式出风口越来越多的被应用，为了同时满足空调性能的工程要求和造型美学诉求，控制独立风门的拨轮结构越来越难以布置，随之应运而生的自封闭式出风口获得了造型设计师的青睐。自封闭式出风口是靠风向调节叶片完全闭合达到密封效果，相比独立风门型出风口优点是没有了控制风门开关的拨轮,为A面造型提供了更大的发挥空间；拨轮和风门的减少也节省了更多的开发费用。自封闭出风口的缺点是关闭状态时的密封性相比独立风门型出风口更难达成。而在设计阶段又缺少相应的验证手段，CFD也无法模拟，导致自封闭式出风口在实物阶段要经过多次的修模、改模才能验证合格，浪费了大量人力、财力和时间。

本文分析了乘用车空调吹面出风口的密封性标准和自封闭式出风口产生泄漏的原因，通过大量试验验证了泄漏量与泄漏面积的关系，为设计阶段判断出风口密封性能达成提供了依据。

对主机厂的标准研究发现，密封性测试都是在出风口关闭状态，其进风口背压大多为250Pa时进行测试的。豪华品牌密封要求最为严格，风门类型和自封闭式要求基本一样。多数普通品牌会考虑成本，自封闭式出风口的泄漏量限值都会比带独立风门的出风口的泄漏量限值高很多。但随着新势力车企的加入，车内驾乘体验越发的被重视，旧的标准已经满足不了竞争要求，主机厂也纷纷有调整自封闭出风口的泄漏量在0.1m³/min以下的趋势。出风口供应商在保持较低成本的情况下达成客户目标也成为重点课题。

带单独风门的出风口，其风门叶片一般是周圈二次注塑包软胶，或叶片周圈带卡装毛毡等，用软质材料与壳体结构进行干涉接触以此消除叶片于壳体的间隙。这种密封效果一般都比较好，容易达到标准要求。

自封闭类型出风口取消了单独的风门结构，靠风向调节叶片封闭风道来达到密封效果。为了到更好的密封效果，有的产品也会叶片上进行包胶以保证密封。但在考虑更低成本的情况下，多数都不会进行包胶，直接是靠硬质叶片进行密封的。

经过对出风口的结构分析，出风口在关闭状态下产生泄露的位置是由于零件间间隙导致，主要有：叶片与壳体间隙、叶片与叶片间隙、叶片转轴与转轴孔的间隙。通过CATIA软件可以计算得出这些间隙的总透过面积。

试验方法：在相同背压下，使用风量台测试

不同出风口面积的空气泄漏量[2]。

试验环境：室温23±2℃，湿度50±20%

试验设备：风量试验台[3]

出风口模拟工装：使用硬纸板制作模拟出风口的工装，开口尺寸50mm*150mm

辅助材料：牛皮纸、胶带、橡皮泥、直径0.75mm的针（截面积0.44mm²）

工具：尺、美工刀

设备输入风压：250Pa

试验过程：

①制作出风口模拟工装，一头开口尺寸50mm *150mm；另一头开口大小与风量试验台出风口匹配；

②将出风口模拟工装安装在风量试验台出风口上，使用胶带和橡皮泥密封接口，确保没有漏风点。

③用牛皮纸封住模拟工装的出口，同样使用胶带和橡皮泥密封接口，确保没有漏风点。

④启动风量台，使模拟工装进风口背压达到250Pa，在此期间检查是否有漏风。如有，使用橡皮泥进行堵塞，直到模拟工装及接口处没有泄露。然后再次测量在背压250Pa稳定时设备显示泄露值，此时结果为设备基准泄漏量，记录为L0。

⑤使用针在牛皮纸上扎洞，每增加5个洞，需要依次测试背压稳定在250Pa时的泄漏量，直到测试到100个针孔。记录泄漏结果为LX，X代表“测试顺序”。每次的测试结果即为LX-L0。表2为计算针孔累积面积和其对应的泄漏量结果。

⑥按表3所示孔面积准备好打方孔的牛皮纸。拆掉步骤⑤中的打孔牛皮纸，更换已开好方孔的牛皮纸，按表3顺序分别进行第21到28次试验；依次测量每个方孔在背压稳定250Pa时的泄漏量，同样记录泄漏结果为LX，X代表“测试顺序”。每次的测试结果即为LX1-L0。表3为不同积面的方孔和其对应的泄漏量结果。

⑦整合第⑤步和第⑥步的数据，以“孔总面积”为x轴，“泄漏量”为y轴，可以得出如下泄漏量与面积的关系曲线。通过对测试结果进行统计，对散点进行回归直线分析，可以得出如下泄漏量与开口面积的一元线性回归方程[4]：

出风口输入背压为250Pa时，y = 0.0007x + 0.0029上述，y表示泄漏量，单位m³/min；x表示零件泄露面积，单位mm2。

在某车型仪表板出风口设计中客户提出要使用自封闭结构，按其标准要求出风口在250Pa背压时泄漏量≤0.1m³/min。在设计阶段，经过对此项目的出风口数据进行解析，发现主要的泄漏点在于叶片与壳体转轴位置的间隙。对出风口密封性能进行评估时，设计团队使用CATIA投影出有间隙的位置并计算出总的间隙面积S1，使用泄漏量公式进行计算发现结果超出标准。

经过一轮优化，在保证叶片能过正常活动的前提下将叶片与转轴的间隙由0.6mm调整到0.25mm，再次计算投影间隙总面积S2，带入泄漏量计算公式中算出结果合格。设计以此锁定了此处出风口的配合机构。后续实物出来后，监控供应商零件尺寸做到数据状态，使用实物测试结果也符合标准，且与设计结算理论计算的结果基本吻合。

经过量产项目的验证，这种计算零件总泄露面积，再通过本文所描述的公式计算泄漏量的方法可以有效呈现产品的真实泄漏量水平，对出风口设计有指导意义。

本文分析了自封闭出风口广泛应用的背景，对乘用车空调吹面出风口的密封性标准和自封闭式出风口产生泄漏的原因进行了探索，并以某车型出风口为例，验证了试验所得的泄漏量与泄漏面积的关系公式的有效性，并得出以下结论：

（1）自封闭式出风口会越来越多的被应用，其密封性要达到≤0.1m³/min；

（2）出风口引起泄露的位置通常是叶片与壳体间隙、叶片与叶片的间隙、转轴与转轴孔的间隙。设计阶段优化这些间隙科有效改善密封性；

（3）出风口泄漏量与泄露面积关系为y = 0.0007x + 0.0029。产品数据设计阶段可通过此公式进行计算，校核当前状态的泄漏量是否符合客户标准。

参考文献：

[1]李涛.空调吹面出风口的设计趋势[EB/OL]，2018.

[2]DMOV_CARO2_0128车辆的空气分配部件的密封测量[S]，2004.

[3]GB/T 1236-2017 工业通风机 用标准化风道性能试验[S]，2017.

[4]罗洪群，王青华主编；董春副主编．市场调查与预测 第2版[M]：清华大学出版社，2016.

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