空調(diào)系統(tǒng)冷媒吸氣脈動噪聲分析

劉 威，吳金水，張龍權(quán)

（寶沃中國，北京 102206）

如今隨著消費(fèi)者對汽車產(chǎn)品的舒適性要求越來越高，導(dǎo)致對整車 NVH的要求也不斷提高，因此在各汽車廠的產(chǎn)品問題排名中，空調(diào)系統(tǒng)NVH問題排名一直居高不下，進(jìn)而提升空調(diào)系統(tǒng)的NVH水平已成為提高汽車產(chǎn)品競爭力的有效手段之一。

本文對引起空調(diào)系統(tǒng)噪聲的因素進(jìn)行歸納總結(jié)。結(jié)合團(tuán)隊開發(fā)經(jīng)驗整理了典型空調(diào)NVH問題的整改措施，可協(xié)助設(shè)計人員逐一排查設(shè)計過程中的潛在問題點，最終將空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制在設(shè)計目標(biāo)值范圍內(nèi)，以減少客戶抱怨。

通過實際案例著重分析汽車空調(diào)噪聲中發(fā)生最廣泛、涉及領(lǐng)域最多、處理最棘手的壓縮機(jī)冷媒流動脈沖噪聲問題的引起機(jī)理和解決方法。

1 空調(diào)系統(tǒng)噪聲分類降噪分析

空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)總成、冷凝器總成、HVAC 總成（含蒸發(fā)器+膨脹閥）4個核心部件，以及管路、過渡風(fēng)道、控制零件等輔助零件組成，且每個零部件都有可能產(chǎn)生噪聲。所以為了方便歸納整理，本文按照空調(diào)零部件的安裝位置的不同進(jìn)行噪聲分類，因此空調(diào)系統(tǒng)噪聲可分為機(jī)艙噪聲和乘員艙噪聲兩部分，如圖 1 所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)噪聲分類

空調(diào)系統(tǒng)車內(nèi)零件主要包含空調(diào)控制器、HVAC總成和各對接風(fēng)道。表1對空調(diào)系統(tǒng)乘員艙內(nèi)可能產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行了歸納，并給出了排查過程中檢查的主要對象。

表1 空調(diào)系統(tǒng)乘員艙噪聲問題排查歸納

空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲主要由壓縮機(jī)本體噪聲、冷媒流動脈沖噪聲、冷凝器風(fēng)扇噪聲幾個部分組成。表2對空調(diào)系統(tǒng)前艙可能產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行了歸納，并給出了排查過程中檢查的主要對象。

表2 空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲問題排查歸納

2 案例分析

某汽車在試生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，在怠速狀態(tài)，空調(diào)開啟初期出現(xiàn)“噠、噠、噠”的異響，關(guān)閉空調(diào)后異響消失，引發(fā)前排乘員抱怨。經(jīng)過臺架和整車測試，發(fā)現(xiàn)引起這一噪聲的根源是壓縮機(jī)吸氣壓力脈動變化引起。

汽車壓縮機(jī)噪聲一般來源于吸氣/排氣閥板的機(jī)械撞擊和制冷劑氣體的流動脈沖振動引起的壓力變化。壓縮機(jī)排出制冷劑氣體時，空調(diào)排氣管內(nèi)徑較小，流速快，所以排氣壓力比較穩(wěn)定，氣流脈動相對較小，因此產(chǎn)生脈沖振動不大，故噪聲相對較小。但是壓縮機(jī)吸氣則不同，由于膨脹閥受車內(nèi)熱負(fù)荷變化自行調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的流量，所以制冷劑回流到壓縮機(jī)吸氣口時，制冷劑流量的變化明顯，且空調(diào)低壓管內(nèi)徑較大，使氣體脈動放大。

由于低壓管里的氣態(tài)制冷劑壓力在波動，所以這樣的制冷劑氣體流經(jīng)壓縮機(jī)吸氣閥就會產(chǎn)生更大的氣流脈動，進(jìn)而使連接在吸氣口的空調(diào)低壓管也跟著產(chǎn)生振動，進(jìn)而通過與管路連接的空調(diào)箱將噪聲傳遞到乘員艙內(nèi)，讓乘客直接感知壓縮機(jī)吸氣閥處的脈動噪聲［1-5］。

因此，解決壓縮機(jī)吸氣脈動措施就應(yīng)該圍繞著源－傳遞路徑－接受體模型展開。具體而言，可以對空調(diào)脈動噪聲的源頭壓縮機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；在傳遞路徑上可以采取壓縮機(jī)降低吸氣脈動，壓縮機(jī)吸氣管路加裝消聲器，采用全橡膠管路或優(yōu)化橡膠管長度的空調(diào)吸氣管路，吸氣管橡膠管內(nèi)加穩(wěn)流消聲器等措施。根據(jù)吸氣脈動的產(chǎn)生機(jī)理及解決思路，同時考慮問題解決周期要短，因此進(jìn)行以下方案驗證和數(shù)據(jù)采集，見表3。

表3 改進(jìn)方案及結(jié)果

結(jié)合上述測試的結(jié)果，可以看出：①膨脹閥出口增加膠管可以降低冷媒流出蒸發(fā)器的壓力波動，從而降低整個系統(tǒng)的噪聲；②壓縮機(jī)吸氣口閥板進(jìn)行激光處理（圖2）增加凹槽可以降低閥片開啟難度，減少閥片和閥板開啟瞬間的氣體脈沖，并降低缸體腔內(nèi)壓力、減少振動，使系統(tǒng)噪聲改善；③增加消聲器可以使低壓冷媒流動更平穩(wěn)，壓力波動更小，進(jìn)而降低系統(tǒng)冷媒脈動噪聲。

圖2 壓縮機(jī)激光閥板

經(jīng)過理論分析各項有效措施對降低噪聲的原理后，將這3個方案同時實施，使其效果疊加進(jìn)而解決噪聲問題。然而最后一個方案，將方案5、6同時實施，效果卻不是很理想，究其原因發(fā)現(xiàn)做方案時為了減少周邊零件的改動，方案5將消聲器加在了低壓充注閥處，距離壓縮機(jī)吸氣口較遠(yuǎn)，故消聲器對冷媒的穩(wěn)壓穩(wěn)流作用在流出消聲器后逐漸消失，故而方案5、6同時實施的效果不佳，只能作為過渡時期的臨時措施。

最終經(jīng)過與總布置、相關(guān)零部件工程師一起討論，確定方案8：將方案5的消聲器移至壓縮機(jī)吸氣口處后再與方案4、6同時實施。實施后經(jīng)過主觀評價效果良好，脈動噪聲不易察覺不會引起客戶抱怨，經(jīng)過駕駛員耳旁噪聲頻譜分析，240Hz噪聲明顯降低7dB（A），駕駛員耳旁聲壓級明顯降低，壓縮機(jī)振動頻譜分析，方案8明顯優(yōu)于原狀態(tài)。測試結(jié)果見圖3～圖7。

圖4 駕駛員耳旁聲壓級

圖5 壓縮機(jī)X向振動頻譜

3 結(jié)論

采取在壓縮機(jī)吸氣口處增加消聲器、在膨脹閥出口處增加軟管、壓縮機(jī)吸氣閥板激光處理等措施，解決了某汽車空調(diào)壓縮機(jī)引起的車內(nèi)脈動噪聲問題。主觀評價和客觀測試一致表明，綜合使用降低冷媒流動壓力波動的方法可以明顯降低壓縮機(jī)引起的車內(nèi)脈動噪聲。

圖6 壓縮機(jī)Y向振動頻譜

［1］ 朱愛武.空調(diào)壓縮機(jī)對車內(nèi)噪聲的影響［J］.噪聲與振動控制，2010（4）：47-49.

［2］ 張立軍，靳曉雄，黃鎖成.汽車空調(diào)壓縮機(jī)引起的車內(nèi)噪聲試驗研究［J］.汽車工程，2002，24（5）：398-402.

［3］ 余雷模，夏清，博王康，等.空調(diào)壓縮機(jī)降噪技術(shù)現(xiàn)狀［J］.壓縮機(jī)技術(shù)，2011（5）：47-49.

［4］ 張瑞琳.活塞式壓縮機(jī)管道系統(tǒng)振動分析及改進(jìn)［J］.流體機(jī)械，2006（6）：40-42.

［5］ 張曉偉，李蘇洋.汽車管路系統(tǒng)的振動分析［J］.振動.測試與診斷，2012（S1）：120-122，154.

［6］ 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動-理論與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.