汽車空調膨脹閥噪聲分析及其優化措施

關鍵詞：汽車空調系統；噪聲；膨脹閥；噪聲-振動-聲振粗糙度

0 前言

隨著我國工業與科技的不斷發展，汽車工業已經成為國民經濟的重要支柱產業。由于市場競爭的日益激烈，對汽車空調的性能質量要求也越來越高。噪聲-振動-聲振粗糙度（NVH）是用來衡量汽車制造質量的綜合性影響因素，且NVH 給駕駛者的感受也是最主觀的。為了適應市場需求，各大汽車企業對NVH 有了更嚴格的要求。

有資料表明，汽車約有1/3 的故障問題都與NVH 有關。對于汽車而言，NVH 問題無處不在，其中很大部分來自空調系統的NVH。而解決汽車空調系統NVH 問題最節省開發成本的辦法就是對其膨脹閥的性能進行調整。空調系統膨脹閥前期開發的匹配性和適用性是影響空調系統NVH 的重要因素，但也是行業內一直存在的難點問題。

1 膨脹閥與空調系統的匹配性

膨脹閥與空調系統的匹配主要是指容量匹配。當膨脹閥容量偏小時，蒸發器出口過熱度高、流量低，空調系統的能力無法有效發揮出來，導致空調系統制冷效果差［1］。當膨脹閥容量偏大時，容易引起空調系統振蕩。尤其是小負荷工作的情況下，由于膨脹閥容量大，膨脹閥開度調整帶來的流量變化超出了蒸發器的流量需求，此時膨脹閥處在不停地調整之中而無法穩定下來。一般而言，膨脹閥容量偏大時，系統過熱度會普遍偏小，空調系統除了不穩定外，流量也會偏大，在中低負荷下還存在壓縮機液擊的風險［2］。

2 膨脹閥匹配性對空調系統噪聲的影響

即便膨脹閥容量與系統相匹配，系統也存在發生噪聲的可能性，所以還需要根據實際的噪聲情況對膨脹閥做出一定的調整。系統與膨脹閥相關的噪聲大致可以分為3 種情況，即膨脹閥節流過程、冷媒流動及振動產生的噪聲。

2. 1 膨脹閥節流過程產生的噪聲

膨脹閥節流過程產生的噪聲在一般情況下并不明顯，噪聲基本會被發動機、壓縮機及風機等聲音覆蓋。因此，正常情況下無需解決，但也有部分廠家會在膨脹閥外面貼隔音棉，以達到盡量減少噪聲的目的。

2. 2 冷媒流動產生的噪聲

隨著二級系統廠家、汽車主機廠及消費市場對空調舒適性的要求越來越高，膨脹閥內冷媒流動的噪聲越來越受到重視。該噪聲一般是由于膨脹閥入口的液態冷媒中存在氣泡，冷媒經過閥口由高壓側進入低壓側時，氣泡破裂，產生噪聲。而冷媒中產生氣泡的原因有很多，如冷媒不夠導致過冷度不足，系統中存在不凝氣體；管路設計不合理導致冷媒流動狀態不穩等［3］。

為了徹底解決冷媒流動的噪聲，不能單純地從膨脹閥的角度分析，而應從消除氣泡的角度分析。通過調整膨脹閥的相關參數及結構，如提高膨脹閥感溫包內的最大工作壓力（MOP）、采用旁通結構等，可以改變節流前后冷媒的狀態，適當降低氣泡破裂的聲音，從而解決噪聲問題。

2. 2. 1 提高MOP

在增大膨脹閥感溫包內MOP 的情況下，空調系統啟動時，膨脹閥開啟瞬間的開度會隨著MOP的增大而增大［4］。開度增大后，較小的不凝氣氣泡或者冷媒氣泡就能順利通過節流口，從而減少氣泡破裂的聲音，起到改善噪聲的作用。

2. 2. 2 增加旁通結構

膨脹閥的三維剖視圖如圖1 所示。在膨脹閥的閥口處切開均布3 條旁通槽，如圖2 所示。通過增加3 條均布的旁通槽，使空調系統關停后再次啟動時內部高低壓能更快地達到平衡、開啟流量更大［5］。由于開啟流量變大，液態冷媒中存在的氣泡在經過閥口（由高壓側進入低壓側）時，破裂的概率會變小，從而達到降低噪聲的作用。

2. 3 振動產生的噪聲

空調系統工作時膨脹閥的閥芯部位因冷媒或管路振動誘發而引起共振，產生振動噪聲，并經常引發管路一起振動，一般在系統剛啟動、關閉及轉速突然變化時發生。導致閥芯共振的原因有：壓縮機及系統的振動、流量的紊流、閥前有氣泡擾動閥芯等，有時甚至車輛拐彎或走顛簸路段都能誘發這種振動噪聲。

在膨脹閥鋼球閥芯座的位置處增加彈性阻尼夾（見圖1），通過彈性阻尼夾與膨脹閥閥體內部過盈彈性接觸，可以起到固定閥芯座位置的作用［6］，從而解決膨脹閥振動噪聲。

膨脹閥的閥口處局部如圖3 所示。由圖3（a）可以看出：當閥芯沒有彈性阻尼夾時，閥座鋼球因無固定支撐點，在膨脹閥內會存在左右偏移跑動的現象，從而造成冷媒進入節流孔時的不均勻現象，進而出現振動噪聲。由圖3（b）可以看出：在閥芯位置處增加彈性阻尼夾后，在彈性阻尼夾的作用下，閥座鋼球能很好地固定在膨脹閥閥體內；在受到外力的沖擊、壓縮機及系統的振動、流量的紊流、閥前氣泡擾動閥芯等的情況下，都能很好地保證閥座鋼球不偏移擺動，從而使冷媒能夠穩定均勻地進入膨脹閥閥體節流孔，起到降低噪聲的作用［7］。

3 膨脹閥遲滯對系統噪聲的影響

膨脹閥的遲滯對系統啟動噪聲及穩定性也有圖1 膨脹閥三維剖視圖一定的影響。對空調系統而言，膨脹閥遲滯大小需要根據具體不同空調系統來進行分析。如果空調系統不存在噪聲及穩定性問題，就不需要特意去調整遲滯問題。在膨脹閥容量匹配合理的前提下，膨脹閥遲滯越小系統越穩定［8］。但如果遲滯對啟動噪聲有影響，適當增加遲滯可以降低啟動流量，對于改善噪聲也有一定效果。

4 結語

本文闡明了膨脹閥影響空調系統噪聲的3 種直接因素，分別是膨脹閥節流過程本身產生的噪聲、冷媒流動的噪聲、振動產生的噪聲；另外，還從系統層面明確了膨脹閥的遲滯對系統噪聲的影響。通過以上影響因素的分析總結，并結合不同噪聲的產生原因給出了對應的解決方法。研究結果為汽車空調噪聲問題的解決提供了一定的思路和分析方法。