车身空腔密封技术对气密性影响的研究

刘振东

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

车身空腔密封技术对气密性影响的研究

刘振东

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

本文阐述了车身空腔密封的种类、结构组成、安装方式等，基于计算流体动力学理论（CFD），并运用流体分析软件，对车身空腔密封后的存在的缝隙进行了分析计算，得出了各种缝隙尺寸情况下的气体流场分布及气体的泄漏量，总结了缝隙尺寸与泄漏量的关系，为以后设计和验证车身空腔密封后的对气密性的影响程度提供参考依据。

空腔密封；气密性；CFD

CLC NO.:U469.7Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-23-02

引言

随着国内汽车行业竞争愈加激烈，特别是顾客对乘驾舒适度提出了更高的要求，所以提高汽车乘驾舒适性是国内各汽车公司增强产品竞争力的重要方法之一[1]，其中提高车身密封性即可以为顾客提供一个静谧的驾驶环境又可以改善空调灵敏度，所以车身密封性是改善车内环境的重要性能，车身密封分为静密封和动密封，动密封是指密封件与接触的零部件有相对运动，如车门与车身之间、车门窗与车门之间的密封等，静密封是指以焊接、卡接、粘贴、热熔、膨胀等方式对白车身的缝隙、孔洞进行封堵，即密封件与零部件之间相对静止关系[2]。综上看来，车身密封性的好坏直接影响顾客的对一辆汽车的主观评价，故本文在下面介绍车身空腔密封种类、结构、作用，性能等，并基于计算流体动力学理论(CFD)，结合有限元计算方法对车身空腔密封性能进行分析计算。

1、车身空腔密封的结构和种类介绍

车身空腔密封按照在钣金上的安装方式分主要为五种:螺栓连接、粘贴、卡扣连接、焊点连接、注射式等，按照自身结构主要三种:纯发泡固体材料、发泡固体材料+尼龙骨架、发泡液等，纯发泡固体一般是条状的膨胀胶带，以粘贴方式固定在钣金上，操作方便，粘贴一致性差，如图1所示。发泡固体材料+尼龙骨架一般用于密封截面大的车身空腔，发泡材料布置在尼龙骨架上，尼龙骨架一般以卡扣或螺栓与钣金连接，如图2所示，这种结构一般称为“夹胶板”，发泡材料一般是EVA+PE，需要在160-180摄氏度下连续烘烤20分钟，发泡材料才能充分膨胀，发泡倍率一般是8-10倍。发泡液一般由A、B两部分构成，A组为MDI或异氰酸预聚体，B组分为多元醇或者水/氨催化剂，未混合前两组均为液体常温下用机械喷头，注入车身腔体内，发生化学反应，生成硬质闭孔泡沫，密封空腔，发泡倍率一般是30-34倍，不需要开发模具，不用高温固化，但设备成本高[3]，如图3所示。

2、验证空腔密封气密性的方法

由图3可看出，硬质泡沫与钣金接触处存在缝隙，图1和图2中所示的膨胀胶带和夹胶板膨胀密封空腔后，对于上下钣金搭接处，易存在死角孔洞，这些缝隙和孔洞若与其它与车辆外界相连的孔洞相通，就会影响整车气密性。本文按照上图空腔截面形状，用三维软件建立带中间隔断的风道，设置气体入口和出口，在中间隔断的上下设置三角缺口模拟空腔密封存在的孔洞，具体如图4所示。

本文将空腔密封问题分为单侧存在孔洞和双侧存在孔洞两种情况进行分析，通过将孔洞尺寸逐级变化来探索这些孔洞大小对气密性的影响，孔洞尺寸为钣金搭接处形成三角形顶点到底边的垂足距离，如表1所示，单位为mm。

表1

基于流体连续性方程、伯努利方程、能量守恒等基础理论，按照上表单侧和双侧每一组孔洞尺寸，运用专业流体分析软件进行仿真分析，参考美国通用汽车公司的整车静态气密性标准，采用车内提高125Pa压力，测试车辆气体泄漏量[4]，故按照图4设置入口压力101125Pa，出口设置101000Pa压力，中间设置带孔洞绝热挡板，温度设置零摄氏度。

3、结果分析

按照表1分析结果如下曲线所示，纵轴单位为CFM，横轴单位为mm，由曲线图5所示双侧孔洞垂足尺寸为5mm时，泄漏量为1.23CFM，单侧孔洞垂足尺寸为9mm时，泄漏量为1.21CFM，对比曲线图4不难发现，单侧6mm孔洞比双侧3mm的泄漏量大，同样双侧4mm和8mm孔洞与双侧2mm和4mm对比发现亦是如此，图6为双侧孔洞垂足尺寸为3mm时气体的速度场图，图7为单侧孔洞垂足尺寸为6mm时气体的速度场图，图6和图7对比可知，单侧孔洞空气流速较快，由空腔密封位置和出口之间的速度场分析可知，双侧孔洞射出的高速气流带动周边空气移动，从而形成双侧局部低压区，这样出口处的压力高于这双侧低压区，形成空气回流，从而减小气体泄漏量，由图6和图7可见回流趋势，同理，单侧孔洞，形成单侧回流区域，故单侧6mm孔洞的泄漏量比双侧3mm的泄露量偏多。

图8表示空腔没有密封的情况，气体速度流场分布图，分析此工况，气体泄露量85.11CFM，按照上述分析结果泄露量最大情况计算，在汽车车身上增加空腔密封，可以阻止98.6%的气体泄露。

4、结论

随着汽车技术的不断的进步，整车气密性指标也随之提高，在有时受结构或其他功能项限制，车身侧围空腔密封的孔洞不可避免，这些缝隙或孔洞的尺寸的标准需要量化，参照上述分析结果，在以后设计增加车身空腔密封时，本文建议发泡材料膨胀封堵空腔后，将这些缝隙和孔洞类比为小三角形形状，单侧三角缝隙或小孔洞最大垂足尺寸不超过8mm，双侧三角缝隙或小孔洞最大垂足尺寸均不超过4mm，并建议采用侧围空腔密封技术，可大大提高车身气密性。

[1] 吴澍平. 江铃V3型汽车车身气密性提升方法研究.吉林: 吉林大学, 2011.

[2] 贺银芝,杨志刚,王毅刚. 汽车车身密封对车内气动噪声影响的机理及试验研究.汽车工程. 2012,25(8):692-695.

[3] 田绍军.汽车车身侧围空腔填充技术及应用. 装备制造技术, 2011,15(10):181-183.

[4] 付年.整车静态气密性试验的分析及应用. 企业科技与发展, 2011,5 (10):12-14.

Research body cavity airtight seal technology Influence

Liu Zhendong
(Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Automotive Engineering Technology Research Center in Hebei Province, Hebei Baoding 071000)

This paper describes the body cavity seal species, composition, installation, etc., based on the theory of computational fluid dynamics (CFD), and using fluid analysis software, the gap exists body cavity after sealing analyzed and calculated, obtain the leakage of gas and the gas flow distribution of various size of the gap in case, summed up the relationship between the size of the gap and the amount of leakage, provide a reference for future design and verification of the degree of influence on the tightness of the body cavity after sealing in accordance with.

cavity seal; tightness; CFD

U463.8

A

1671-7988(2015)07-23-02

刘振东，就职于长城汽车股份有限公司技术中心。