空調系統冷媒吸氣脈動噪聲分析

劉 威，吳金水，張龍權

（寶沃中國，北京 102206）

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

本文對引起空調系統噪聲的因素進行歸納總結。結合團隊開發經驗整理了典型空調NVH問題的整改措施，可協助設計人員逐一排查設計過程中的潛在問題點，最終將空調系統噪聲控制在設計目標值范圍內，以減少客戶抱怨。

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

1 空調系統噪聲分類降噪分析

空調系統主要由壓縮機總成、冷凝器總成、HVAC 總成（含蒸發器+膨脹閥）4個核心部件，以及管路、過渡風道、控制零件等輔助零件組成，且每個零部件都有可能產生噪聲。所以為了方便歸納整理，本文按照空調零部件的安裝位置的不同進行噪聲分類，因此空調系統噪聲可分為機艙噪聲和乘員艙噪聲兩部分，如圖 1 所示。

圖1 空調系統噪聲分類

空調系統車內零件主要包含空調控制器、HVAC總成和各對接風道。表1對空調系統乘員艙內可能產生的噪聲進行了歸納，并給出了排查過程中檢查的主要對象。

表1 空調系統乘員艙噪聲問題排查歸納

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

表2 空調系統前艙噪聲問題排查歸納

2 案例分析

某汽車在試生產時發現，在怠速狀態，空調開啟初期出現“噠、噠、噠”的異響，關閉空調后異響消失，引發前排乘員抱怨。經過臺架和整車測試，發現引起這一噪聲的根源是壓縮機吸氣壓力脈動變化引起。

汽車壓縮機噪聲一般來源于吸氣/排氣閥板的機械撞擊和制冷劑氣體的流動脈沖振動引起的壓力變化。壓縮機排出制冷劑氣體時，空調排氣管內徑較小，流速快，所以排氣壓力比較穩定，氣流脈動相對較小，因此產生脈沖振動不大，故噪聲相對較小。但是壓縮機吸氣則不同，由于膨脹閥受車內熱負荷變化自行調節進入蒸發器的流量，所以制冷劑回流到壓縮機吸氣口時，制冷劑流量的變化明顯，且空調低壓管內徑較大，使氣體脈動放大。

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

因此，解決壓縮機吸氣脈動措施就應該圍繞著源－傳遞路徑－接受體模型展開。具體而言，可以對空調脈動噪聲的源頭壓縮機進行結構優化；在傳遞路徑上可以采取壓縮機降低吸氣脈動，壓縮機吸氣管路加裝消聲器，采用全橡膠管路或優化橡膠管長度的空調吸氣管路，吸氣管橡膠管內加穩流消聲器等措施。根據吸氣脈動的產生機理及解決思路，同時考慮問題解決周期要短，因此進行以下方案驗證和數據采集，見表3。

表3 改進方案及結果

結合上述測試的結果，可以看出：①膨脹閥出口增加膠管可以降低冷媒流出蒸發器的壓力波動，從而降低整個系統的噪聲；②壓縮機吸氣口閥板進行激光處理（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，并降低缸體腔內壓力、減少振動，使系統噪聲改善；③增加消聲器可以使低壓冷媒流動更平穩，壓力波動更小，進而降低系統冷媒脈動噪聲。

圖2 壓縮機激光閥板

經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，究其原因發現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，距離壓縮機吸氣口較遠，故消聲器對冷媒的穩壓穩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。

最終經過與總布置、相關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吸氣口處后再與方案4、6同時實施。實施后經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，壓縮機振動頻譜分析，方案8明顯優于原狀態。測試結果見圖3～圖7。

圖4 駕駛員耳旁聲壓級

圖5 壓縮機X向振動頻譜

3 結論

采取在壓縮機吸氣口處增加消聲器、在膨脹閥出口處增加軟管、壓縮機吸氣閥板激光處理等措施，解決了某汽車空調壓縮機引起的車內脈動噪聲問題。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引起的車內脈動噪聲。

圖6 壓縮機Y向振動頻譜

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