万星荣

摘 要：尼龙水管在轻量化、集成化、保温性上有着优异的性能，适合应用于新能源汽车的水冷系统中。文章介绍了尼龙水管的类型、连接结构、特点，并探讨了其设计方法。

关键词：尼龙水管;新能源汽车;应用

中图分类号：U469.7  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）14-51-03

Abstract： Nylon water tube has excellent performance in light weight， integration and thermal insulation， which is suitable for application in the water cooling system of new energy automobile. This paper introduces the types， connection structures and characteristics of nylon water tube， and discusses its design method.

Keywords： Nylon water tube; New energy automobile; Application

CLC NO.： U469.7  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）14-51-03

1 前言

尼龙材料广泛应用于汽车油液、空气的输送管道上，如燃油管、油箱注油管、发动机进气管、变速箱通气管、曲轴通风管、制动真空管等[1][2]。而传统内燃机汽车上的冷却水管则通常采用橡胶管、金属管，较少采用尼龙管。尼龙材料耐高温性能较差，大部分尼龙材料的工作温度小于120℃，而发动机冷却冷却液会超过120℃。传统内燃机车中，尼龙水管只能用于介质温度较低的部分管段（如发动机冷却系统补水管、溢气管、天窗排水管等），无法大范围应用。

近年来，越來越多新能源汽车，尤其是纯电动和混合动力汽车推向市场，其中大部分采用水冷方案对电驱动和动力电池系统进行冷却，而大部分仍采用传统的橡胶水管和金属水管的方案。新能源汽车的冷却系统水温较低，如电驱动水冷系统水温低于70℃，电池水冷系统水温低于50℃。尼龙水管方案能够满足新能源汽车冷却系统的耐温要求。相比传统橡胶水管和金属水管，尼龙水管还具备重量轻、保温性能好、管路刚性好、径向占用空间小等优点，非常适合在新能源汽车冷却系统上推广使用。

2 尼龙水管的类型

按照水管横截面径向上的层数，尼龙水管可以分为单层管和多层管。单层管仅使用一种材料，常用的有尼龙12、尼龙612。多层管则由多种材料组合而成，常见的有五层管、七层管。多层管在径向不同层上采用不同的材料，可以充分利用各个材料的特性。如在内层可采用耐水解性能较好的尼龙9T、尼龙12、PP等，外层采用耐腐蚀和耐机械冲击性能较好的尼龙12等。

按照剖面结构，尼龙水管可以分为光滑管和波纹管，如图1所示。光滑管刚性较好，常用于直管段和无减振需求的弯管段。波纹管具有一定柔性，具有减振的作用，可用于连接振动部件的水管。另外，波纹管的转弯半径小于直管，因此可用于布置空间较小的管段。但是波纹管会增大水管的流阻，在设计时需要考虑对系统流阻的影响。

3 尼龙水管的连接结构

传统的橡胶水管弹性强，可与对接零件上带凸包的接头直接连接，并用金属卡箍固定，可重复拆装。而尼龙水管弹性弱，无法直接连接，需要连接到接头上的竹节结构上，再通过接头与零件连接。尼龙管与竹节结构的连接不可二次拆装。如图2所示，为两种连接结构的示意图。

尼龙水管与竹节结构连接后，有两种方案跟对接零件连接。第一种方案为通过快插接头与对接零件连接：快插接头上设计有竹节结构，尼龙水管可直接与其配合并密封，无需金属卡箍，再通过快插接头与对接零件连接。相比橡胶管，尼龙水管可以实现更低成本的快插接头连接方案。第二种方案为通过胶管与对接零件连接：尼龙水管通过转接头与橡胶管连接，再通过橡胶管与对接零件连接。此连接结构复杂、零件数量多，常用于对接零件为胶管接头的情况。

4 尼龙水管的特点

4.1 轻量化

以常用的橡胶EPDM和尼龙12为例，EPDM密度为1.2×10?kg/m?，尼龙12密度为1.02×10?kg/m?，尼龙12密度较小。另外，制成水管之后，尼龙水管壁厚较小。以内径15mm～18mm的水管为例，橡胶水管壁厚为3.5～4mm，而尼龙水管仅为1.25～1.5mm。综合下来，水管材料可以减重约65%。

若采用快插接头方案，橡胶水管需要额外使用金属卡箍连接固定。而尼龙水管可直接连接，取消金属卡箍。尼龙水管能够以更轻的结构实现快插方案。

本公司某车型采用尼龙水管方案后，相比采用传统的橡胶管和金属管的方案，水管总成可实现56%的减重效果。

4.2 集成化

橡胶管具有本体刚性小、质量较大的特点，因此在较长的管段中一般不使用橡胶管，否则会造成管路下坠或固定点过多的问题。常见的方案是较长管段使用金属管，仅在接头部分转接为胶管。

传统橡胶管配合金属管的方案中，由于二者用途不同，不同管段采用不同的管材，因此系统内存在大量橡胶管与金属管转接的转接点。而尼龙管不需要这些转接，可采用一体成型的方式制作完整的水管，减少了接口的数量，从而减少了泄漏的风险点，同时也大大减少了零件的数量，降低了零部件的管理成本。本公司某车型采用尼龙水管方案后，水管系统的零件数量减少了77%。

4.3 保温性能

传统橡胶水管方案中，需要在长管段或者转弯段使用金属水管。尼龙材料的保温效果远比金属好，以铝管为例，尼龙的导热系数比铝合金低3个数量级。本公司某车型采用尼龙管方案后，在冬季低温电池加热工况下，可节省170W热量。

5 尼龙水管的设计

5.1 介质兼容性

尼龙水管与管内冷却液长时间接触，因此不允许二者间发生影响性能或商品性的物理或化学反应，所以需要验证二者的兼容性。汽车上常用的冷却液为乙二醇型，主要成分为乙二醇和去离子水。此外，冷却液中还会加入缓蚀剂、缓冲剂、防垢剂、消泡剂、染色剂等添加剂。不同的冷却液厂家的添加剂类型和含量存在差异，而尼龙水管的材料尼龙也有多种牌号。因此一般需要针对具体的材料和溶液开展专门的兼容性测试。

5.2 使用环境

水管内的介质温度和压力必须在尼龙材料的许用范围内。以尼龙12为例，其可用于介质温度小于120℃，介质压力小于4.5bar的环境中。若超出此范围，则可能引起破裂、渗漏等问题。

水管外的温度也必须满足尼龙材料的要求，同样以尼龙12为例，其峰值耐温为135℃，长时耐温为120℃。若其所处环境温度高于此范围，则需要考虑增加隔热罩等隔热结构。

5.3 管径和壁厚

尼龙水管的管径主要影响系统流阻，进而影响系统流量。管径越大，流阻越小，系统流量越大。一般需要进行一维或三维仿真，确认流量能否满足系统和整车的要求。另外，管径还会影响管路的外部尺寸。管径越大，占用空间越大，转弯半径越大，布置越不灵活。因此需要综合考虑，选择合理的管徑。

壁厚主要影响水管的耐压性能。壁厚越大，耐压性能越好。根据工程经验，壁厚和管径有一定的对应关系。管径确定，壁厚的范围也确定。一般情况下，直径10mm以下对应壁厚为1mm，12mm至16mm之间对应壁厚为1.25mm，16mm以上壁厚为1.5mm、1.75mm。

5.4 波纹结构

尼龙水管按照结构可分为光滑管和波纹管。光滑管刚性大，在连接振动部件时无法隔振，可能引起水管本身的损坏、渗漏等问题，甚至会将振动传递到乘员舱内，引起乘员的不舒适。因此在需要隔振的场景下，需要使用波纹管。

水管在整车上拆装时，需要有拔出和插入接头的动作。水管需要有一定变形才能完成以上动作。通常在水管接头附近设计波纹结构，以方便拆装。

相比光滑管，波纹管的转弯半径更小。在布置空间紧凑的情况下，可以通过将弯管段设计为波纹管，以减小其占用的空间。

5.5 与竹节结构的连接

尼龙水管与快插接头、胶管转接头、三通接头等接头的连接一般是通过竹节结构。尼龙水管通过工装直接套到竹节结构上，实现过盈配合，以利用尼龙材料的弹性实现密封。因此过盈量的设计是关键因素。常用的过盈量一般为单边1.5mm～3mm，管径越大，过盈量越大。

5.6 管路布置

相比橡胶水管和金属水管，尼龙水管在整车布置时需要考虑以下方面：

（1）远离热源：尼龙材料耐温性能比橡胶和金属差，特别是在混合动力车型的布置时需要避免其布置在高温环境中，如排气管周边。若环境温度过高，需要在水管及周边设计隔热结构;

（2）与周边零件保持距离：尼龙水管壁厚较小，若与周边零件，尤其是运动或尖锐部件距离过近，需要套装防磨护套;

（3）对长管段分段：尼龙管可以一体成型出较长的管段。但是考虑装配、维修和运输的便利性，较长的水管需要考虑分成几段短管。

6 结束语

尼龙管在轻量化、集成化、保温性等方面具有显著的优点，非常适合在新能源汽车水冷系统上应用。随着新能源汽车的发展，对轻量化的要求越来越高，尼龙水管的应用前景会越来越好。

参考文献

[1] 刘艳红.尼龙管在汽车制动管路中的应用[J].汽车技术，1992（2）： 9-13.

[2] 李馥梅.长碳链尼龙的研究开发与应用[J].化工新型材料，2006， 34（12）：6-9.