某汽車空調壓縮機振動噪聲原因與控制分析

覃京翎

摘要：車載空調系統為人們提供了更為舒適的乘車感受，但是同時也引發了噪音問題。本文通過對某汽車空調壓縮機震動噪聲原因進行分析，并根據分析結果提出了幾點改進措施，以此降低空調壓縮機振動產生的噪聲，提高人們乘車的舒適度。

關鍵詞：汽車;空調壓縮機;振動噪聲;分析

中圖分類號：U463.23+4.93? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0155-02

0? 引言

汽車空調壓縮機是車載空調重要的組成部分，能夠對車內溫度進行很好的控制，而由此引發的噪音問題極大影響了車內司乘人員乘車的舒適度。空調壓縮機振動產生的噪音問題十分普遍，軸向活塞式壓縮機在汽車空調系統中應用較為廣泛，本文以此為例進行噪聲原因與控制分析。

1? 壓縮機介紹

斜盤式壓縮機是軸向活塞式壓縮機的一種，在汽車空調系統中應用也比較廣泛，這種類型的壓縮機由驅動盤總成、斜盤、主軸、活塞、缸體、閥片等組成，其中閥片具有十分重要的作用[1]。這種壓縮機工作原理是通過氣缸進行往復運動實現的，其特點是穩定性好、安裝便捷、技術成熟，良好的斜盤式壓縮機在工作時十分平穩，也不會造成太大的噪音，但是因為氣缸數量比較多，系統啟動的時候會產生較大載荷的沖擊，從而產生噪聲，尤其是在汽車怠速或者低速時更加明顯，同時如果壓縮機配置過低，噪聲會更大，十分影響車內人員的乘車感受。

2? 壓縮機振動噪聲原因分析

壓縮機振動噪聲原因有很多，可以根據引發噪聲的因素分為機械原因、空氣動力原因以及電磁原因三方面。

機械原因指的是壓縮機內部結構各機械部件之間的摩擦專家或者傳動不穩引起的振動而產生的噪聲。包括以下幾種：首先，機械部件之間的摩擦，主要有斜盤、半球、活塞、氣缸壁等之間的相互作用產生的摩擦;其次，閥片原因，例如，進氣閥片排氣閥片的開合由于發生形變產生噪聲、閥片和擋板之間的撞擊產生噪聲;最后，轉動不穩定，例如，壓縮機工作時，斜盤的傳動不穩定會產生偏心力、進氣排氣過程中氣體產生的脈沖力影響等。

空氣動力原因是由于壓縮機在工作過程中氣流引起振動。簡單說有噴注產生的氣流、閥片開合產生的氣流、排氣管工作產生的氣流、壓縮機進氣時產生的氣流等諸多方面。

電磁原因來源主要是轉子皮帶輪在運行中由于磁場原因引起的電磁效應而造成壓縮機振動[2]。

3? 壓縮機振動實驗研究

為了更為準確的找到噪聲產生原因，本次實驗為通過對壓縮機進行單體臺架試驗，進行噪聲信號的采集，并對所采集的信號進行提取和分析，由此進行噪聲產生原因的判斷。

3.1 試驗環境

本次實驗采用的是半消聲室中進行，室內溫度控制范圍為12-38攝氏度，濕度在75%以內，模擬車輛行車中常用轉速工況1000rpm、1800rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm，壓縮機穩態（制冷）工況。

3.2 試驗儀器及傳感器測點分布

本次試驗所用儀器有LMS數據采集儀一臺、傳聲器5個、加速傳感器3個、筆記本電腦1臺、線材適量。試驗采用的是矩形六面體法，對壓縮機上方及前后左右分別裝安裝傳感器，用于進行噪聲信號的采集，并在傳感器端口位于壓縮機400毫米處建立空間坐標，在三個方向分別安裝加速裝感器用于采集振動信號。

3.3 試驗過程

壓縮機的工作過程可以通過控制系統進行主要運行參數的控制，包括排氣壓力（P1）、進氣壓力（P2）、內腔壓力（P3），參數選取是由車輛在實際行駛過程中壓縮機工作時的數值為準進行確定的，同時利于電控閥對壓縮機工作電壓進行控制，確定壓縮機穩態和空轉狀態下的工況。

壓縮機的轉速可以通過控制電機轉速來改變壓縮機主軸的轉速，同時為了避免機電噪聲對本次實驗的影響，將電機置于室外。為了確保噪聲數據的準確效果，采集數據前需要保證壓縮機的吸氣壓力和排氣壓力穩定時才能進行數據采集。

3.4 數據分析

壓縮機表面聲壓級LP計算公式如下：

其中，LP，單位dB，是以20uP為基準值的聲壓級。N代表傳感器測點數。Lpi代表背景噪聲修正后，第i點的聲壓級。數據分析采用LMStestlab軟件對分布的五個傳感器所采集到的噪聲聲壓級進行計算，從而得出壓縮機平均聲壓。通過試驗我們發現，壓縮機噪聲集中于3000Hz以內，因此，對這個范圍內的噪聲進行其振動頻譜的研究。表1為壓縮機在不同工況下各測點的噪聲振動值。

由表1所得數據可以明顯看出，壓縮機轉速越高，各測點值越大，壓縮機轉速對其聲壓值影響成明顯正相關。

利用LMStestlab軟件對噪聲振動信號數據進行分析，得出如圖1所示頻譜圖。

由圖1可以看出，噪聲在1000Hz左右達到峰值，振動在400Hz左右達到峰值。壓縮機轉速對于其振動和噪聲有明顯的影響作用，說明壓縮機噪聲來源與壓縮機的內部的部件運動有直接關系，需要對壓縮機內部相關部件進行進一步受力分析。

3.5 壓縮機內部部件受力分析

首先，是對活塞進行受力分析，試驗選擇用加速傳感器采集信號，通過數據處理得出壓縮機振動具有周期性，受活塞往復運動影響在閥片開啟和閉合的時候產生較大振動和噪聲，其他階段雖然也存在振動，但是并不明顯;其次，對壓縮機內部其他部件連接間隙進行分析，為了避免閥片對試驗準確性的影響，將壓縮機置于空轉狀態，不必考慮閥片開啟和閉合的影響，對壓縮機運轉過程中的間隙振動進行數據采集，可以發現，壓縮機內部部件間隙大小與振幅成正相關，并且振動呈現不穩定性，說明壓縮機傳動的平穩性對于降低振動，從而減少噪聲有重要的影響作用。

4? 壓縮機振動噪聲控制建議

4.1 降低機械振動產生的噪聲

壓縮機機械產生的振動主要與壓縮機生產廠家的生產工藝、生產技術以及所用部件的質量和狀態決定的，與壓縮機的轉速及運行狀態關系不大，因此，想要降低這一原因引起的噪聲，需要對壓縮機的整體結構進行入手。而汽車生產廠家在進行壓縮機的選擇時對其性能進行了充分考慮，不少優秀企業生產了大量的高品質的壓縮機，并且隨著技術的進步對壓縮機進行不斷改進和優化，進一步提升了壓縮機的整體性能，壓縮機在工作中表現出更好的穩定性。對于用戶來說，需要加強對壓縮機的日常保養，例如定期對壓縮機進行檢查，及時補充潤滑油，為壓縮機的正常工作提供良好的潤滑環境，一旦發現壓縮機內部零件的老舊或磨損，要第一時間進行更換，避免部分零件問題造成的壓縮機機械振動，從而降低噪聲，延長壓縮機使用壽命。

4.2 降低進排氣閥振動產生的噪聲

通過試驗和數據分析，我們知道壓縮機在工作過程中，進排氣會使壓縮機內部產生氣體沖擊，造成閥片的振動，而這也是產生噪聲的一個重要原因，并且是不可避免的。但是除此之外，閥片在開啟和閉合的過程中也會造成振動，因此，可以對閥片結構和性能進行改進，并且優化開啟和閉合技術，降低這一振動影響。目前市面上汽車壓縮機閥片主要有簧片閥片和環片閥片這兩種類型，其中，環片閥片用途較廣，具有穩定的性能，但是其厚度較大，因此容易在氣流的沖擊下產生明顯的振動，并且在開啟和閉合時不夠迅速，也產生了嚴重的摩擦問題，這些都導致了壓縮機振動影響。相比之下，簧片閥片更加輕薄，摩擦問題也較少，能夠實現快速開啟和閉合，振動也較小，但是由于簧片閥片工作穩定性較差，在推廣方面還存在一定的障礙[3]。因此，需要相關研究者對閥片的性能進行進一步優化，使之在具有穩定性能的同時能夠降低振動影響，從而減少壓縮機噪聲。

4.3 降低振動傳遞產生的噪聲

除了壓縮機本身結構以及壓縮機生產技術產生的振動影響之外，還有很多振動因素難以避免，但是可以通過對振動傳遞產生的噪聲進行過濾，降低噪聲向車內的傳遞，從而為乘車人員提供更為舒適的車內環境。例如以下幾種方法：第一，可以在車內空調進風口處貼上泡棉，注意泡棉厚度并非越厚越好，18毫米左右較為適宜，太厚會影響空調制冷效果，并且影響其散熱，泡棉會對噪聲有明顯的消除作用;第二，可以在空調冷凝器上下位置安裝減震墊，或者在空調高、低壓管夾上安裝減震墊，同樣可以降低壓縮機排氣管的振動，從而有效降低噪聲向車內的傳遞;第三，可以利用消音器，對壓縮機工作時氣流脈沖產生的振動噪聲進行消除，安裝位置在壓縮機低壓管旁，也可以起到較好的降噪效果。

5? 結語

綜上所述，汽車空調壓縮機的振動影響因素有很多，主要與壓縮機的性能、結構、生產工藝有直接關系，本文進行的試驗研究方法和數據分析對該問題研究具有一定的參考價值。通過試驗和數據分析我們可以得知，汽車空調壓縮機工作過程中有些噪音能夠避免，而由于汽車本身結構的復雜性和生產技術的局限性，有些噪音是不可避免的，除了從技術層面進行壓縮機性能的優化，用戶還可以通過加強對壓縮機的日常維護，采用一些消音裝備進行降噪，使乘車環境更加舒適。

參考文獻：

[1]饒文明，林圣鎮，鐘秤平，徐高新，鄧磊，劉劍.某氣制動車型空壓機噪聲問題解決[J].汽車實用技術，2020，45（24）：126-129.

[2]于譞.汽車空調壓縮機引起的車內噪聲試驗研究[J].黑龍江科學，2019，10（04）：34-35.

[3]李鵬翅.汽車空調常見故障的診斷方法[J].科技與企業，2016（01）：206，208.