減小汽車空調(diào)開啟過程中冷媒產(chǎn)生的嘶嘶聲

段傳學，邵思遠

（吉利汽車研究院有限公司，浙江，寧波 315336）

汽車空調(diào)系統(tǒng)是汽車舒適性設備的一部分，為汽車提供熱量和冷量，同時滿足除霜和除霧的功能需求，是影響汽車舒適性的重要零部件。而汽車空調(diào)的振動噪聲水平，也成為影響整車舒適性的重要因素。

TXV是當前汽車空調(diào)普遍采用的節(jié)流方式，因為它可靠性高、成本低而得到廣泛應用。然而，隨著電動汽車的發(fā)展，以及車內(nèi)噪聲水平的降低，膨脹閥引起的嘶嘶聲（Hiss）噪聲越來越被消費者重視。J.D.Power的新車質(zhì)量調(diào)研（Initial Quality Study，IQS）中，抱怨空調(diào)噪聲大的比重越來越大，嘶嘶聲正成為影響IQS的主要原因之一。特別是在汽車空調(diào)開啟和關(guān)閉過程中的“嘯叫”，是汽車空調(diào)噪聲IQS抱怨的重要一項。

當前，國內(nèi)外很少有研究TXV噪聲的專著和論文。只有一些汽車生產(chǎn)廠家針對膨脹閥噪聲提出了一些工藝措施。汽車空調(diào)開啟過程中的嘶嘶聲主要是伴隨著空調(diào)系統(tǒng)的突然變化而產(chǎn)生，比如空調(diào)系統(tǒng)啟動和關(guān)閉，發(fā)動機急加速和減速等，持續(xù)時間可長可短。

本文就是在試驗的基礎上找到空調(diào)冷媒流體嘶嘶聲的相關(guān)因素，提出解決措施，在整車上進行驗證并把噪聲降低到可以接受的程度。

1 車輛開空調(diào)嘶嘶聲介紹

樣車的路試反饋情況表明其存在空調(diào)開關(guān)過程的喘氣聲和嘶嘶聲。根據(jù)車輛情況，安排在夜晚安靜環(huán)境下對問題進行排查，排查結(jié)論如下：

（1）怠速，空調(diào)開后4～6 s，存在嘶嘶聲，不明顯。

（2）D擋且車速在30 km/h以下時，空調(diào)開啟后3～6 s存在嘶嘶聲。

（3）怠速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 000 r/min時，開空調(diào)，嘶嘶聲更加嚴重。

（4）怠速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速3 000 r/min時，開空調(diào)，嘶嘶聲也存在。

（5）多次開關(guān)空調(diào)，嘶嘶聲會逐漸變小。

噪聲測點包含HVAC出風口和駕駛員位置，振動測點包含壓縮機和膨脹閥，部分測點布置如圖1所示。

圖1 測點圖

按照上述（1）、（3）和（4）的狀態(tài)進行測試，增加駐車時發(fā)動機轉(zhuǎn)速緩慢提升狀態(tài)。數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。

圖2 測試結(jié)果

結(jié)果顯示，在怠速2 000 r/min和3 000 r/min時開空調(diào)，會有嘶嘶聲產(chǎn)生，振動頻率為4 100 Hz、4 500 Hz和6 800 Hz。

2 整車的原因查找

初步判定噪聲和膨脹閥密切相關(guān)，所以試著改變熱力膨脹閥的狀態(tài)來測試對整車噪聲的影響。

第一步，取消卡簧，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖3所示。頻率略微降低到4 200 Hz，高壓管的特征不明顯。

圖3 取消膨脹閥卡簧

圖4 取消膨脹閥的調(diào)節(jié)球

第二步，取消膨脹閥的調(diào)節(jié)球，測試結(jié)果如圖4所示。頻率帶寬增加，高壓管特征不明顯。綜上所述，嘶嘶聲和冷媒相關(guān)，由于頻率比較高并且只有在空調(diào)開關(guān)條件下才能激發(fā)，可以確認和熱力膨脹閥以及閥后的蒸發(fā)器和管路相關(guān)。

3 膨脹閥噪聲的機理

對于典型的管內(nèi)流體，其波動方程為：

式中：r為圓柱坐標；為速度；c為聲速。

根據(jù)方程的解的特性，假設管路壁面剛性，圓形管坐標對稱，并且只考慮徑向的模態(tài)，則管內(nèi)流體的聲學模態(tài)參數(shù)估計為：

式中：M為馬赫數(shù)，流速和聲速之比。

除了在膨脹閥后很短的一段管（M＞1），其它部位M＜＜1。所以，式（2）變?yōu)椋?/p>

第一階模態(tài)可以表述為：

空調(diào)TXV和連接管的參數(shù)見表1。按照當?shù)匾羲?60 m/s來計算的管路聲腔模態(tài)頻率也在表1中顯示。

表1 熱力膨脹閥和連接管參數(shù)

可見4 200 Hz、6 900 Hz和10 400 Hz的噪聲是和TXV的高低壓連接管相關(guān)，而其余頻率的噪聲可能和其它的管路相關(guān)。

閥口的射流噪聲形成原理特別復雜，現(xiàn)在還沒有找到合適的噪聲模型，主要從試驗方面進行研究。

圖5 閥口的射流速度分布

4 臺架試驗和路徑分析

既然嘶嘶聲和TXV、管路、蒸發(fā)器相關(guān)，那就單獨搭建一個臺架查找一下嘶嘶聲的根源，利用熱性能實驗室提供高壓高溫的冷媒液體，連接到同樣的蒸發(fā)器上，測試振動和噪聲，如圖6所示。

圖6 臺架測試

臺架振動和噪聲的結(jié)果如圖7所示，由圖可知，嘶嘶聲主要在6 900 Hz左右，從振動上看，從TXV到連接管，再到蒸發(fā)器的水室都有特征。

圖7 臺架振動和噪聲

TXV后面增加消聲器，發(fā)現(xiàn)對6 900 Hz的頻率有作用，并且頻帶變寬了，如圖8所示。

圖8 TXV后面增加消聲器

可見嘶嘶聲的傳出部位主要是TXV→管路→蒸發(fā)器→水室→HVAC殼體，如圖9所示。

圖9 Hiss噪聲傳出路徑

5 試驗驗證

既然確定了引起噪聲的原因，嘶嘶聲和膨脹閥相關(guān)，并且和閥相連的管路以及蒸發(fā)器、HVAC相關(guān)，主要的輻射聲音部位是管路、蒸發(fā)器和HVAC殼體表面，從而研究噪聲的傳遞路徑就成了下一步的任務。

首先改進了膨脹閥和蒸發(fā)器之間的連接管路，如圖10所示，盡量減小冷媒和流速方向的劇烈改變。然后對膨脹閥到蒸發(fā)器之間的管路進行包覆隔音處理，減小管路的輻射噪聲。

圖10 膨脹閥和管路改進

然后增加蒸發(fā)器和HVAC殼體之間的隔振，減小由膨脹閥、管路和蒸發(fā)器傳遞到HVAC殼體的振動。對殼體表面的海綿材料進行了改進，結(jié)果如圖11所示。

圖11 改進后的蒸發(fā)器隔振

整改以后的結(jié)果對比如圖12所示，嘶嘶聲得到明顯的控制。

圖12 整改前后噪聲結(jié)果對比

6 結(jié)論

本文分析了汽車空調(diào)在開啟過程中嘶嘶聲產(chǎn)生的原因以及傳遞路徑。通過臺架試驗和整車試驗查找與嘶嘶聲相關(guān)的零部件以及聲音傳遞到車內(nèi)的路徑。通過更改膨脹閥、管路、蒸發(fā)器，以及它們和HVAC之間的隔振，使傳遞到車內(nèi)的嘶嘶聲大為減小，從而提高了整車的聲品質(zhì)。