石月奎，吳迪，嚴(yán)旺，吳昱東

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300000；2.西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

1 引言

乘汽車的空調(diào)系統(tǒng)滿足了消費(fèi)者對(duì)于車內(nèi)溫度控制的需求，但同時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行也帶來(lái)了振動(dòng)和噪聲問(wèn)題，對(duì)整車車內(nèi)NVH 性能有著重要的影響[1~3]。因此，解決空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行工況的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題，成為了提升整車NVH 品質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)有某款國(guó)產(chǎn)乘用車，怠速工況下其空調(diào)系統(tǒng)開啟運(yùn)行的瞬間，壓縮機(jī)吸合時(shí)車內(nèi)出現(xiàn)較明顯地異響，在空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，車內(nèi)出現(xiàn)明顯的“嗚嗚聲”，嚴(yán)重影響了乘駕感受。為了提升空調(diào)開工況下的車內(nèi)NVH 性能，需對(duì)該車空調(diào)系統(tǒng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試研究與治理。

2 空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理

汽車空調(diào)系統(tǒng)噪聲包括汽車空調(diào)開啟時(shí)產(chǎn)生的車內(nèi)沖擊噪聲，即吸合噪聲，和空調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行后產(chǎn)生的車內(nèi)持續(xù)性噪聲，即運(yùn)行噪聲[4]。

2.1 壓縮機(jī)吸合噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

壓縮機(jī)吸合時(shí)，皮帶輪里鑲嵌的電磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，將壓盤吸附在皮帶輪上，帶動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)開始工作。圖1 為壓縮機(jī)離合器示意圖，壓縮機(jī)吸合時(shí)，由于壓盤被迅速吸附，瞬時(shí)機(jī)械沖擊導(dǎo)致壓縮機(jī)振動(dòng)劇烈，同時(shí)產(chǎn)生噪聲，因此在壓縮機(jī)剛吸合的瞬間，車內(nèi)會(huì)有噪聲突變。

圖1 汽車空調(diào)壓縮機(jī)離合器示意圖

2.2 空調(diào)系統(tǒng)工作噪聲產(chǎn)生機(jī)理

空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)，斜盤式壓縮機(jī)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶輪帶動(dòng)，若干個(gè)活塞在其軸向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮冷媒、改變冷媒物態(tài)。在此過(guò)程中，活塞的往復(fù)對(duì)缸體的往復(fù)沖擊作用，產(chǎn)生機(jī)械噪聲，透過(guò)前圍向車內(nèi)輻射，同時(shí)也會(huì)引起壓縮機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)空調(diào)管路傳遞到蒸發(fā)器和車身，在車內(nèi)產(chǎn)生噪聲。當(dāng)空調(diào)工作時(shí)，若管路系統(tǒng)隔振不足，可能導(dǎo)致車內(nèi)噪聲過(guò)大。

壓縮機(jī)的振動(dòng)，不僅僅只由其內(nèi)部活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起；由于壓縮機(jī)通過(guò)支架固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)也會(huì)通過(guò)支架傳遞到壓縮機(jī)本體上，若壓縮機(jī)支架模態(tài)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率接近，也同樣會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)產(chǎn)生共振，加劇振動(dòng)[5]。

此外，車輛在使用過(guò)程中，內(nèi)部熱負(fù)荷狀況變化大，加之低壓管管徑較大，制冷劑回流到壓縮機(jī)入口時(shí)，冷媒流量變化較明顯，導(dǎo)致壓力波動(dòng)較大形成氣流脈動(dòng)，引起壓縮機(jī)本體和低壓管的振動(dòng)[6]。

3 空調(diào)系統(tǒng)噪聲測(cè)試分析與研究

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理分析，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)加速度采集，一是激勵(lì)端的測(cè)點(diǎn)，包括壓縮機(jī)本體，壓縮機(jī)支架、高壓管路、低壓管路、膨脹閥出口五個(gè)振動(dòng)采集點(diǎn)，二是響應(yīng)端的測(cè)點(diǎn)，包括駕駛員右耳和壓縮機(jī)近場(chǎng)兩聲壓采集點(diǎn)。為采集到壓縮機(jī)吸合時(shí)的噪聲，測(cè)試工況設(shè)定為空調(diào)由關(guān)到開的過(guò)渡工況，測(cè)試結(jié)果如圖2 至圖7 所示。

圖2 空調(diào)打開過(guò)程壓縮機(jī)本體振動(dòng)

圖3 空調(diào)打開過(guò)程壓縮機(jī)支架振動(dòng)

圖4 空調(diào)打開過(guò)程低壓管振動(dòng)

圖5 空調(diào)打開過(guò)程高壓管振動(dòng)

圖6 空調(diào)打開過(guò)程膨脹閥出口處振動(dòng)

從圖7 可看出，空調(diào)壓縮機(jī)吸合瞬間，壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲級(jí)在壓縮機(jī)吸合瞬間出現(xiàn)峰值，駕駛員右耳處同時(shí)出現(xiàn)峰值，且開空調(diào)后駕駛員右耳噪聲聲壓級(jí)增加了7dB。由圖2、3、4、5、6 可知，空調(diào)系統(tǒng)各點(diǎn)的振動(dòng)在吸合后大幅增加，穩(wěn)定運(yùn)行后仍然較高，來(lái)源于壓縮機(jī)的振動(dòng)，在高低壓管上放大，經(jīng)管夾后，在膨脹閥處有所降低，但仍達(dá)到1.2m/s2，由于膨脹閥緊挨車內(nèi)空調(diào)單元，這表明膨脹閥振動(dòng)較大可能是引起車內(nèi)噪聲增加的直接原因。

根據(jù)上述機(jī)理分析和數(shù)據(jù)采集摸底可知，造成該樣車空調(diào)運(yùn)行異響的原因可能有：

（1）壓縮機(jī)離合器減緩沖擊不足，導(dǎo)致吸合時(shí)壓縮機(jī)振動(dòng)劇烈。

樣車搭載的空調(diào)壓縮機(jī)采用的彈簧式電磁離合器，由于其彈簧剛度大，阻尼小，無(wú)法有效緩解壓縮機(jī)吸合瞬間的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致振動(dòng)經(jīng)空調(diào)管路傳遞到空調(diào)單元，在車內(nèi)形成“吸合噪聲”。

（2）壓縮機(jī)支架剛度不夠，導(dǎo)致支架與發(fā)動(dòng)機(jī)共振，引發(fā)壓縮機(jī)劇烈振動(dòng)。

經(jīng)對(duì)壓縮機(jī)支架進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，得到其固有頻率為387Hz，樣車怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)主要階次頻率遠(yuǎn)低于該固有頻率，故可以排除壓縮機(jī)支架剛度問(wèn)題。

（3）空調(diào)管路固定不當(dāng)，管夾無(wú)隔振處理措施。

如圖8 所示，空調(diào)管路固定位置合適，連接剛度較高，管夾有良好的隔振處理，高低壓管較軟，管路對(duì)振動(dòng)的衰減作用較強(qiáng)，改進(jìn)空間較小。

（4）低壓管路中冷媒的不規(guī)則流量和壓力變化產(chǎn)生氣流脈動(dòng)，引起壓縮機(jī)和管路振動(dòng)。

1.4觀察指標(biāo) 觀察指標(biāo)為患者在治療前后的 HA、PCIII、IV-C、ALT、AST、TBiL、GGT的值,以及兩組患者的總有效率。

對(duì)樣車進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)管路振動(dòng)過(guò)大，且低壓管路上無(wú)任何消聲措施，如圖8 所示，這可能導(dǎo)致了空調(diào)穩(wěn)定工作時(shí)噪聲過(guò)大。

圖8 空調(diào)系統(tǒng)管路狀態(tài)

4 空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制方案及驗(yàn)證

4.1 控制方案

根據(jù)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)吸合噪聲及運(yùn)行噪聲產(chǎn)生根源分析，現(xiàn)提出下列改進(jìn)措施：

（1）針對(duì)壓縮機(jī)離合器減緩沖擊不足的問(wèn)題，將彈簧式電磁離合器更換為全周橡膠式離合器，用剛度較小阻尼大的橡膠材料代替原有的彈簧片，減緩吸合時(shí)的沖擊與振動(dòng)，如圖9 所示。

（2）針對(duì)壓縮機(jī)低壓管內(nèi)冷媒氣流脈動(dòng)的問(wèn)題，在低壓管路上添加消音器，消除氣流脈動(dòng)，以降低管路和壓縮機(jī)的振動(dòng)，如圖10 所示。

圖9 兩種空調(diào)壓縮機(jī)離合器

圖10 低壓管路消聲器

4.2 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證改進(jìn)措施的匹配效果及作用，將兩種措施分別在空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。

4.2.1 管路消聲器效果驗(yàn)證

在空調(diào)低壓管上添加消聲器，測(cè)試空調(diào)由關(guān)到開的過(guò)程，測(cè)試結(jié)果跟原狀態(tài)對(duì)比如圖11~16 所示。

圖11 空調(diào)打開過(guò)程壓縮機(jī)本體振動(dòng)

圖12 空調(diào)打開過(guò)程壓縮機(jī)支架振動(dòng)

由測(cè)試對(duì)比結(jié)果可看出，添加管路消聲器之后，空調(diào)壓縮機(jī)吸合瞬間，壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲總級(jí)仍有較尖銳的突變，壓縮機(jī)穩(wěn)定工作后空調(diào)系統(tǒng)各處的振動(dòng)大幅下降，車內(nèi)噪聲和壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲較未加管路消聲器前，壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲降低1.5dB，駕駛員右耳噪聲降低2.5dB，具有良好的優(yōu)化效果。車內(nèi)主觀感受壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，車內(nèi)噪聲明顯改善，但仍有明顯的吸合噪聲。

圖13 空調(diào)打開過(guò)程低壓管振動(dòng)

圖14 空調(diào)打開過(guò)程高壓管振動(dòng)

圖15 空調(diào)打開過(guò)程膨脹閥出口振動(dòng)

圖16 空調(diào)打開過(guò)程駕駛員右耳及壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲

4.1.2 全周橡膠離合器效果驗(yàn)證

添加管路消聲器后，更換全周橡膠離合器式壓縮機(jī)（除離合器，壓縮機(jī)其它部分不變），進(jìn)行空調(diào)開啟過(guò)程噪聲測(cè)試，所得車內(nèi)噪聲及壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲如圖17 所示。

圖17 空調(diào)打開過(guò)程駕駛員右耳及壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲

（細(xì)實(shí)線為添加管路消聲器后；虛線為添加管路消聲器并更換壓縮機(jī)離合器后，下同）

圖18 空調(diào)打開過(guò)程壓縮機(jī)本體振動(dòng)

從圖17、18 可看出，更換壓縮機(jī)離合器后，壓縮機(jī)吸合瞬間，駕駛員右耳噪聲曲線在壓縮機(jī)吸合瞬間已無(wú)明顯突變，壓縮機(jī)本體振動(dòng)較更換離合器之前也有進(jìn)一步明顯降低，壓縮機(jī)近場(chǎng)噪聲在吸合瞬間的變化較之前也緩和了。車內(nèi)主觀感受基本無(wú)吸合噪聲，穩(wěn)定運(yùn)行后噪聲水平無(wú)明顯變化。

5 總結(jié)

針對(duì)某乘用車的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲機(jī)理進(jìn)行了測(cè)試和分析，并根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理運(yùn)用不同的控制手段進(jìn)行噪聲問(wèn)題的治理：

（1）空調(diào)壓縮機(jī)吸合時(shí)，由于離合器瞬間接觸會(huì)產(chǎn)生機(jī)械沖擊，經(jīng)由空調(diào)管路傳遞到空調(diào)單元，在車內(nèi)形成“吸合噪聲”；用緩沖隔振性能更好的全周橡膠式壓縮機(jī)離合器代替彈簧式離合器，消除了樣車空調(diào)剛打開時(shí)的吸合噪聲。

（2）空調(diào)在穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，由于車輛內(nèi)部熱負(fù)荷狀況變化大，且低壓管管徑較大，制冷劑回流到壓縮機(jī)入口時(shí)，流量變化明顯，導(dǎo)致壓力波動(dòng)較大形成氣流脈動(dòng)，引起壓縮機(jī)本體和低壓管的振動(dòng)，傳遞到車內(nèi)增加車內(nèi)噪聲；通過(guò)在空調(diào)低壓管路上添加消聲器，有效降低了空調(diào)運(yùn)行時(shí)的車內(nèi)噪聲。