扇形風(fēng)門(mén)在空調(diào)配氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳春來(lái)，曹皇親，楊菲菲

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司輕商院，安徽 合肥 230601 ）

汽車(chē)空調(diào)已由單一的制冷和采暖方式發(fā)展到冷暖一體化形式，由季節(jié)性空調(diào)，發(fā)展到全年型空調(diào)，真正起到空氣調(diào)節(jié)的作用。汽車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)的工作要求，可以將冷、熱風(fēng)按照需求送到駕駛室，實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)空氣舒適性調(diào)節(jié)和提供良好行駛視野的功能。手動(dòng)空調(diào)和電動(dòng)空調(diào)都有配氣系統(tǒng)，不同的是手動(dòng)空調(diào)由拉絲驅(qū)動(dòng)風(fēng)門(mén)運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)空調(diào)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)門(mén)運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，由于價(jià)格相對(duì)低廉，且維修服務(wù)簡(jiǎn)單易操作，在很多商用車(chē)上普遍采用。當(dāng)然，手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)在控制器旋鈕操作、模式密封性應(yīng)該和電動(dòng)空調(diào)一樣，旋鈕手感輕巧靈便，操作上舒適方便，各模式密封良好，單一模式時(shí)其他模式無(wú)漏風(fēng)。如何達(dá)到并滿足客戶需求，本文通過(guò)優(yōu)化模式分配機(jī)構(gòu)和扇形風(fēng)門(mén)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 現(xiàn)狀描述

汽車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)一般由3部分構(gòu)成：第1部分為空氣進(jìn)口段，主要由用來(lái)控制新鮮空氣和室內(nèi)循環(huán)空氣的風(fēng)門(mén)葉片和風(fēng)機(jī)組成；第2部分為空氣混合段，主要由加熱器和蒸發(fā)器組成，用來(lái)提供所需溫度的空氣；第3部分為空氣分配段，使空氣吹向面部、腳部和擋風(fēng)玻璃上。在手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中，空氣分配段各種模式的控制是通過(guò)拉絲，由控制器旋鈕手動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

某輕型商用車(chē)在海南溫濕帶地區(qū)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)全吹面模式制冷時(shí)，前擋風(fēng)玻璃會(huì)慢慢起霧，影響駕駛員視野，威脅行駛安全。通過(guò)實(shí)車(chē)排查，發(fā)現(xiàn)在全吹面模式時(shí)，儀表板除霜風(fēng)口存在最大2.3 m/s的漏風(fēng)現(xiàn)象，且在任一模式時(shí)，其他模式均存在風(fēng)口漏風(fēng)的現(xiàn)象。初步判斷是由于空調(diào)配氣系統(tǒng)全吹面模式時(shí)除霜風(fēng)口漏風(fēng)，泄露的冷空氣降低擋風(fēng)玻璃內(nèi)外表面溫度，且低于室外溫度，室外高濕度空氣遇到玻璃表面冷凝后形成細(xì)小的冷凝水，導(dǎo)致玻璃起霧。圖1為試驗(yàn)車(chē)儀表板出風(fēng)口示意圖。表1為試驗(yàn)車(chē)儀表板出風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量。

圖1 試驗(yàn)車(chē)儀表板出風(fēng)口示意圖

某輕型商用車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，分別由3個(gè)一字型風(fēng)門(mén)控制3個(gè)出風(fēng)口，通過(guò)一字型風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)控制風(fēng)口通風(fēng)、半通風(fēng)和阻風(fēng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)配氣系統(tǒng)不同出風(fēng)模式。全吹面模式時(shí)，除霜風(fēng)門(mén)、吹腳風(fēng)門(mén)與殼體貼合關(guān)閉，由海綿密封阻止通風(fēng)。

圖2 空調(diào)配氣機(jī)構(gòu)

表1 試驗(yàn)車(chē)儀表板出風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量

一字型風(fēng)門(mén)由PP注塑件和海綿粘貼而成，通過(guò)海綿與殼體壓縮密封，如圖3所示。

圖3 一字型風(fēng)門(mén)

模式分配機(jī)構(gòu)由模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)、轉(zhuǎn)動(dòng)連桿、連桿和一字型風(fēng)門(mén)組成，如圖4所示。工作原理是：模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)通過(guò)拉絲與空調(diào)控制器模式旋鈕連接，模式旋鈕選擇某一種出風(fēng)模式時(shí)，旋鈕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)拉絲相對(duì)套管移動(dòng)，帶動(dòng)模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)繞固定軸旋轉(zhuǎn)，模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)上的導(dǎo)向槽與轉(zhuǎn)動(dòng)連桿上的圓柱銷(xiāo)配合，圓柱銷(xiāo)沿導(dǎo)向槽移動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn)通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)風(fēng)門(mén)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)，空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)口通過(guò)風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、半開(kāi)啟或關(guān)閉等狀態(tài)。通過(guò)拉絲驅(qū)動(dòng)3個(gè)風(fēng)門(mén)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)各出風(fēng)口通風(fēng)、半通風(fēng)或阻風(fēng)狀態(tài)，即空調(diào)配氣系統(tǒng)的不同模式。

圖4 空調(diào)配氣機(jī)構(gòu)工作原理

2 原因分析

空調(diào)配氣系統(tǒng)分風(fēng)主要是靠控制器拉絲驅(qū)動(dòng)的模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)運(yùn)動(dòng)，模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)是直接將控制器的操縱力傳遞給聯(lián)動(dòng)風(fēng)門(mén)的重要部件，是驅(qū)動(dòng)配氣系統(tǒng)風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和風(fēng)向分配的直接帶動(dòng)者。帶動(dòng)風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使風(fēng)門(mén)與殼體壓緊海綿密封。從該商用車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，分析導(dǎo)致全吹面模式時(shí)漏除霜風(fēng)的原因。

1）汽車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)運(yùn)動(dòng)行程與控制器拉絲運(yùn)動(dòng)行程不匹配?？刂破骼z的有效行程40 mm，偏??；模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)行程46.2 mm，偏大?？刂破骼z自初始模式旋轉(zhuǎn)到極限模式全吹面行程時(shí)，模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)到潔凈極限位置未達(dá)到極限位置，3個(gè)風(fēng)門(mén)同時(shí)聯(lián)動(dòng)且都未達(dá)到極限位置，導(dǎo)致吹面風(fēng)口風(fēng)門(mén)未全開(kāi)，除霜、吹腳風(fēng)門(mén)未全關(guān)閉，除霜風(fēng)口海綿未壓緊密封，導(dǎo)致漏除霜風(fēng)。圖5為模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)行程校核，圖6為控制器拉絲行程校核。

圖5 模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)行程校核

2）3個(gè)出風(fēng)口都受一個(gè)獨(dú)立風(fēng)門(mén)控制，且各個(gè)風(fēng)門(mén)都是由各自的轉(zhuǎn)動(dòng)連桿、連桿、風(fēng)門(mén)軸連接到模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，零部件數(shù)量多，且都是相互關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)部件，各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡精度要求高，任何一個(gè)連桿或者轉(zhuǎn)動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)偏差，必然影響對(duì)應(yīng)風(fēng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)軌跡和密封可靠性。由于轉(zhuǎn)動(dòng)連桿上的圓柱銷(xiāo)（與導(dǎo)向槽配合）為PP-TD20注塑件，除霜轉(zhuǎn)動(dòng)連桿圓柱銷(xiāo)自身的彈性變形，除霜風(fēng)門(mén)未完全壓緊海綿密封，且關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)部件越多，控制器旋鈕操作力越大。

3）模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)導(dǎo)向槽無(wú)壓緊鎖止軌跡，除霜風(fēng)門(mén)在海綿自身回彈力Ft和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Fg的合力作用下，使風(fēng)門(mén)形成壓緊海綿的反方向旋轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致除霜風(fēng)門(mén)無(wú)法壓緊海綿密封，且風(fēng)門(mén)處在不同角度時(shí)，受海綿回彈力和鼓風(fēng)機(jī)相對(duì)風(fēng)向的變化，使模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生波動(dòng)，即控制器操作力存在波動(dòng)變化。圖7為壓縮海綿回彈力。

圖6 控制器拉絲行程校核

圖7 壓縮海綿回彈力

4）空調(diào)配氣系統(tǒng)主要靠風(fēng)門(mén)海綿與殼體壓緊密封，由于一字型風(fēng)門(mén)與殼體配合的“剪刀X”結(jié)構(gòu)影響，靠近軸線的部分海綿壓縮量越大，離軸線越遠(yuǎn)的海綿壓縮量越少，整個(gè)風(fēng)門(mén)海綿壓縮量不均勻。風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)局限性導(dǎo)致3個(gè)風(fēng)門(mén)存在不同程度的海綿壓不緊，且風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)力隨海綿壓緊程度越來(lái)越大，即控制器旋鈕操作力越來(lái)越大。圖8為海綿壓縮簡(jiǎn)圖。

圖8 海綿壓縮簡(jiǎn)圖

3 優(yōu)化措施

針對(duì)上述原因分析，該輕型商用車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)分風(fēng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原狀態(tài)由3個(gè)獨(dú)立的一字型風(fēng)門(mén)控制，如圖2所示，由于控制器拉絲行程的不匹配及風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)限制，改進(jìn)為扇形風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)，如圖9所示。改進(jìn)后的空調(diào)配氣分風(fēng)機(jī)構(gòu)主要包括模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)、風(fēng)門(mén)連桿、吹面風(fēng)門(mén)、吹腳-除霜風(fēng)門(mén)。

圖9 扇形風(fēng)門(mén)配氣機(jī)構(gòu)

1）優(yōu)化措施1 應(yīng)用扇形風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)。扇形風(fēng)門(mén)主體結(jié)構(gòu)為等腰扇形結(jié)構(gòu)，它分別由風(fēng)門(mén)主體結(jié)構(gòu)（注塑）、2條密封膠條和帶有定位面的風(fēng)門(mén)軸組成，如圖10所示。2條密封膠條材料為T(mén)PE，采用二次注塑工藝，與風(fēng)門(mén)主體形成整體結(jié)構(gòu)。通過(guò)風(fēng)門(mén)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)空氣導(dǎo)流和阻隔，膠條壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。利用扇形風(fēng)門(mén)的相互配合，用一個(gè)風(fēng)門(mén)扇形面封閉另一個(gè)風(fēng)門(mén)的導(dǎo)風(fēng)面（圖11），實(shí)現(xiàn)3個(gè)風(fēng)門(mén)的聯(lián)動(dòng)控制。將原狀態(tài)的3個(gè)風(fēng)門(mén)優(yōu)化為2個(gè)扇形風(fēng)門(mén)。

圖10 扇形風(fēng)門(mén)

2）優(yōu)化措施2 優(yōu)化模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)。由于聯(lián)動(dòng)2個(gè)扇形風(fēng)門(mén)，模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)導(dǎo)向槽數(shù)量減少為2條，每條導(dǎo)向槽軌跡是由一段與聯(lián)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)固定孔同心的圓弧導(dǎo)槽、一段與模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)固定孔不同心的圓弧導(dǎo)槽組成，其中與聯(lián)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)固定孔同心的圓弧導(dǎo)槽分別位于模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向槽的起始段，同心圓弧導(dǎo)槽段風(fēng)門(mén)相對(duì)靜止。且2條導(dǎo)向槽在模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的2端極限位置設(shè)置有壓緊鎖止軌跡，確保風(fēng)門(mén)在極限位置時(shí)包膠處于壓緊狀態(tài)且鎖止風(fēng)門(mén)。圖12為模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)。

圖11 扇形風(fēng)門(mén)V型注塑膠條

圖12 模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)

3）優(yōu)化措施3 風(fēng)門(mén)連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化。圓柱銷(xiāo)為金屬圓柱銷(xiāo)，采用嵌入式注塑工藝。圓柱銷(xiāo)與模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)導(dǎo)向槽配合，圓柱銷(xiāo)在導(dǎo)向槽內(nèi)沿軌跡移動(dòng)。另一端是帶有定位面的軸孔，與風(fēng)門(mén)軸連接，

帶動(dòng)風(fēng)門(mén)一起旋轉(zhuǎn)。圖13為風(fēng)門(mén)連桿。

4）改進(jìn)后配氣系統(tǒng)分風(fēng)機(jī)構(gòu)工作原理 模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)固定孔安裝在空調(diào)主機(jī)殼體上，模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)繞該安裝孔中心軸做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。風(fēng)門(mén)連桿圓柱銷(xiāo)直接插入模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的導(dǎo)向槽內(nèi)，風(fēng)門(mén)連桿帶有定位面的軸孔與安裝在空調(diào)主機(jī)殼體上的風(fēng)門(mén)軸連接，風(fēng)門(mén)連桿只能繞風(fēng)門(mén)軸線往復(fù)旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)時(shí)軸銷(xiāo)必須在導(dǎo)向槽內(nèi)沿軌跡運(yùn)動(dòng)。風(fēng)門(mén)的風(fēng)門(mén)軸直接安裝在HVAC殼體上，一端帶有定位面的風(fēng)門(mén)軸穿過(guò)殼體與帶有定位面的風(fēng)門(mén)連桿軸孔配合，風(fēng)門(mén)可繞風(fēng)門(mén)軸線旋轉(zhuǎn)且與風(fēng)門(mén)連桿同步旋轉(zhuǎn)。

通過(guò)空調(diào)控制器控制驅(qū)動(dòng)模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)繞旋轉(zhuǎn)固定孔中心軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)上的2條導(dǎo)向槽同時(shí)繞模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)固定孔中心軸旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)插入導(dǎo)向槽內(nèi)的風(fēng)門(mén)連桿圓柱銷(xiāo)（吹面風(fēng)門(mén)連桿圓柱銷(xiāo)插入吹面風(fēng)門(mén)導(dǎo)向槽內(nèi)、吹腳-除霜風(fēng)門(mén)連桿圓柱銷(xiāo)插入吹腳-除霜風(fēng)門(mén)導(dǎo)向槽內(nèi)）沿導(dǎo)向槽移動(dòng)，即風(fēng)門(mén)連桿繞風(fēng)門(mén)軸線旋轉(zhuǎn)，同步帶動(dòng)風(fēng)門(mén)繞軸線旋轉(zhuǎn)。風(fēng)門(mén)通過(guò)其密封膠條、扇形導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)與空調(diào)主機(jī)內(nèi)部殼體配合，形成不同的通風(fēng)、半通風(fēng)和阻風(fēng)狀態(tài)，空調(diào)主機(jī)出風(fēng)口實(shí)現(xiàn)不同的出風(fēng)模式。

圖13 風(fēng)門(mén)連桿

表2 優(yōu)化前后HVAC總成各模式風(fēng)量分配試驗(yàn)對(duì)比

4 措施驗(yàn)證

優(yōu)化前后HVAC總成各模式風(fēng)量分配試驗(yàn)對(duì)比見(jiàn)表2。優(yōu)化前后的空調(diào)控制器模式旋鈕操作力對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 優(yōu)化前后的空調(diào)控制器模式旋鈕操作力對(duì)比

通過(guò)HVAC總成風(fēng)量分配數(shù)據(jù)對(duì)比，優(yōu)化后全吹面模式時(shí)除霜漏風(fēng)降低至0.51m3/h。在高濕試驗(yàn)車(chē)上更換優(yōu)化后HVAC總成后，路試試驗(yàn)合格，前擋風(fēng)玻璃無(wú)起霧現(xiàn)象，且由于風(fēng)門(mén)和模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)變化，使驅(qū)動(dòng)模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)的控制器旋鈕操作力有所改善，相對(duì)降低旋鈕操作力和各模式轉(zhuǎn)換時(shí)旋鈕操作力的平順性，各模式轉(zhuǎn)換時(shí)操作力更均勻，證實(shí)風(fēng)門(mén)優(yōu)化整改有效。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某輕型商用車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)的模式漏風(fēng)問(wèn)題整改，利用扇形風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)應(yīng)用，解決空調(diào)配氣系統(tǒng)模式密封性，解決整車(chē)在全吹面模式制冷時(shí)玻璃起霧問(wèn)題。減少轉(zhuǎn)動(dòng)連桿、連桿、風(fēng)門(mén)等零部件，降低制造工藝難度，提高生產(chǎn)節(jié)拍，降低總成部件的制造成本。模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)增加壓緊鎖止導(dǎo)槽，確保各種模式下其他模式的密封性，提高整車(chē)的安全性能。出風(fēng)模式分配機(jī)構(gòu)-模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)減少一條導(dǎo)向槽，降低模式聯(lián)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)力，提高出風(fēng)模式分配機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性。降低模式旋鈕操作力，提升模式旋鈕操作力平順性，提高操作舒適性。