某汽車空調風機噪音問題的分析與改善

張 娜，楊春華，趙淵博

（豫新汽車熱管理科技有限公司研發中心，河南 新鄉 453000）

1 前言

汽車噪音的大小是衡量汽車品質水平的重要指標。車內噪音過高不僅影響駕駛員和乘員的疲勞，影響乘坐的舒適性，嚴重的話甚至影響汽車的行駛安全，所以汽車生產商和消費者對車內噪音的要求越來越高。隨著汽車各種機械噪音聲源的控制、新型吸聲材料的應用以及乘員室密封性能的提高，空調系統氣動噪音逐漸成為汽車車內噪音的主要噪音源。風機是空調系統進行空氣循環的動力源，其運行時會產生很大的噪音，是空調系統的主要噪音源，因此研究和解決風機噪音具有非常實際的意義。

2 風機噪音問題的分析及控制

2.1 風機噪音產生原理

風機噪音主要分為機械噪音、氣動噪音和電磁噪音。氣動噪音為汽車空調風機噪音的主要表現形式，它主要是由葉片切割空氣或由扇葉后面的部件所產生的空氣紊流產生的。它一般分為如下兩種。

1）旋轉噪音（即葉片噪音）。旋轉著的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動而產生的，為窄帶噪音。

2）渦流噪音。風葉的轉動使周圍的氣體產生渦流，此渦流由于沾滯力的作用又分裂成一系列分離的小渦流。這些渦流及其分裂過程使空氣發生擾動，形成壓縮與稀疏過程，從而產生渦流噪音，為寬帶噪音。其次為機械噪音和電磁噪音。

2.2 風機噪音問題的分析和控制案例

2.2.1 案例背景

公司現開發某雙蒸空調系統中前鼓風電機存在整車制熱模式下大風量轟鳴聲噪音問題，主車廠提出了噪音優化改善的前提要求：即保持空調箱整車制冷和采暖，以及風量性能的不變。

2.2.2 CFD模型的建立及流場分析

經主觀評審判斷大風量轟鳴聲噪音問題主要由于內外循環進風箱和蝸殼段的渦流所致，具體原狀態CFD流場分析結果見圖1所示。

圖1 原狀態CFD流場分析

由圖1可知：①內外循環進風箱處存在3個渦流區；②蝸殼處存在回流現象。可推斷轟鳴聲為進風箱結構和蝸殼處的回流現象所致。

2.2.3 轟鳴聲控制策略及CFD分析

2.2.3.1 轟鳴聲控制策略

鑒于2.2.2中原狀態CFD分析結果，考慮到進風箱匹配整車安裝點的不可調整性，采取了如下3種噪音控制策略。

1）方案1：增大蝸殼進風口直徑，減小徑向間隙，見圖2。

圖2 原狀態與方案1蝸殼進風口對比

2）方案2：保持原狀態蝸殼進風口大小，進風口處增加50mm寬擋板，具體見圖3。

圖3 原狀態與方案2進風口對比

3）方案3：綜合方案1+方案2。

2.2.3.2 CFD分析結果

由圖4可知：方案1、方案2蝸殼處回流現象較原狀態有所優化改善，方案3為最佳方案。

圖4 CFD分析結果

2.2.4 轟鳴聲控制策略的試驗驗證

2.2.4.1 試驗測試方法

在試驗臺架上模擬實車位置安裝空調箱（不包括風道），調節空調箱吹面風口高度距離地面1m的位置，測試全冷吹面內循環、全冷吹面外循環、全熱吹腳外循環、全熱除霜外循環各個模式下的總體噪音值及記錄1/3倍頻頻譜曲線。麥克風位置描述如下。

1）M1需要使用風球，M1麥克風布置在豎直距離地面1.6m，水平距離空調箱出風口中心線1m的位置。

2）M2麥克風布置在鼓風機馬達軸線上距離鼓風機馬達0.2m的位置。

所有的測量均需在背景噪音不超過25dB（A）的半消音室里測量。

2.2.4.2 試驗驗證頻譜

由圖5噪音頻譜對比可知。

圖5 全熱吹腳外循環噪音頻譜

1）方案3噪音優化改善效果優于方案1、方案2。

2）方案3較原狀態噪音頻譜尖峰現象有所改善，且噪音數值也明顯降低。

3）驗證了CFD分析噪音為渦流所致的推理正確性，同時滿足主車制冷風量不變的要求，改善前后風量對比結果見表1。

表1 改善前后風量對比結果

3 結束語

本文打破了傳統的降噪降風量的解決方案，依據風機噪音的產生機理，通過對空調箱進風口處流場的CFD分析優化和風機與蝸殼間隙的優化調整，減輕了進風口與蝸殼處的回流現象，在整車性能和風量不變的前提下，實現了空調箱轟鳴聲的優化，對車用空調風機噪音的優化改善具有一定的參考意義。