敬文博 董奇奇

摘 要：氣流脈動(dòng)是引起斜盤式變排量壓縮機(jī)噪音的主要原因。文章通過(guò)對(duì)一類搭載至整車的壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣流脈動(dòng)噪音問(wèn)題進(jìn)行分析，為汽車空調(diào)氣流脈動(dòng)噪音控制制定出有效的解決方案，從而為提升汽車空調(diào)的乘坐舒適性奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào);變排量壓縮機(jī);氣流脈動(dòng)噪音;控制方法

中圖分類號(hào)：U664.5+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-100-03

Abstract： Gas pulsation is a major cause of the noise in the swash plate type variable displacement compressors. Here， we analyzed the problems of the gas pulsation noise generated from a class of compressors installed in the whole vehicle， and developed an effective solution for the gas pulsation noise control of the air conditioner of automobiles， and thus constructed a foundation for improving the riding comfort of automobile air conditioners.

Keywords： Automotive air conditioning; Variable displacement compressor; Gas pulsation noise; Control method

CLC NO.： U664.5+1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-100-03

引 言

隨著汽車的不斷更新?lián)Q代，整車舒適性的要求也在不斷提高，特別是整車NVH性能，其中的重要性日益凸顯。開(kāi)空調(diào)壓縮機(jī)噪音作為整車核心指標(biāo)之一，在整車研發(fā)體系中的要求也越來(lái)越高。因此，對(duì)壓縮機(jī)噪音的分類和產(chǎn)生機(jī)理極其有必要了解。斜盤式變排量壓縮機(jī)噪音分為機(jī)械噪音、電磁離合器噪音、氣流脈動(dòng)噪音。機(jī)械噪音主要由壓縮機(jī)內(nèi)部部件與部件的摩擦沖擊產(chǎn)生。斜盤與滑履的摩擦沖擊，導(dǎo)致滑履在活塞半球型槽內(nèi)的劇烈振動(dòng)。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)（主軸、斜盤等）的動(dòng)不平衡，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不平衡慣性力，產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞至其他部件。進(jìn)排氣閥片在開(kāi)啟、閉合時(shí)的沖擊以及活塞與氣缸之間的摩擦等都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。復(fù)位彈簧彈性系數(shù)影響斜盤在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性，十分影響斜盤在工作狀態(tài)下的振動(dòng)。電磁離合器噪音，主要指吸合瞬間的撞擊噪音。氣流脈動(dòng)噪音，是由于壓縮機(jī)吸、排氣的間歇性，使氣流的壓力和速度呈周期性的變化而產(chǎn)生的噪音。相比于機(jī)械噪音、電磁離合器噪音，氣流脈動(dòng)是引起斜盤式變排量壓縮機(jī)噪音的主要原因。本文主要闡述氣流脈動(dòng)噪音的形成機(jī)理，分析了一款內(nèi)控變排量壓縮機(jī)的氣流脈動(dòng)噪音問(wèn)題，并制定出有效的控制方案解決了此問(wèn)題。

1 氣流脈動(dòng)噪音形成機(jī)理

斜盤內(nèi)控變排量壓縮機(jī)主要由離合器、主軸驅(qū)動(dòng)盤、斜盤、滑履、活塞、氣缸體等部件組成。壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)斜盤帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制冷劑氣體的吸入、壓縮、排除、膨脹的周期性工作。壓縮機(jī)每運(yùn)行一轉(zhuǎn)都會(huì)經(jīng)歷吸入和排出的過(guò)程，每次的吸入和排出過(guò)程都是有間隔的。同時(shí)在運(yùn)行的過(guò)程中，每個(gè)活塞的工作狀態(tài)也各有不同。因此，這種每次循環(huán)的吸氣和排氣不連續(xù)性產(chǎn)生了氣流波動(dòng)。在吸氣腔和排氣腔形成渦流，產(chǎn)生脈動(dòng)噪音。在吸氣側(cè)壓力較低主要以聲波的形式，通過(guò)管路回傳至乘員艙。在排氣側(cè)較高的壓力脈動(dòng)引起管路振動(dòng)，通過(guò)車體、前端模塊等固定點(diǎn)模態(tài)較弱的部件傳遞至乘員艙。由于斜盤活塞式壓縮機(jī)的工作原理不可避免的會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)噪音，因此，一般會(huì)在傳遞路徑上，針對(duì)吸排氣端脈動(dòng)壓力不同的特點(diǎn)，制定不同的控制方案。

2 一款內(nèi)控變排量壓縮機(jī)脈動(dòng)噪音的改善

2020年夏季，一款內(nèi)控變排量壓縮機(jī)搭載整車空調(diào)系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量一檔工況下，開(kāi)啟空調(diào)的前幾秒，壓縮機(jī)存在明顯的“嘶嘶”異響聲，疑似金屬敲擊聲，不可接受。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，異響消除。所有車輛均有此類問(wèn)題，整車熱負(fù)荷較低時(shí)，異響明顯加重，整車熱負(fù)荷較高時(shí)，異響有所緩解。

經(jīng)過(guò)整車實(shí)測(cè)頻譜、結(jié)合濾波分析，異響噪音存在100-600Hz左右的寬頻特征，在冷媒流動(dòng)頻率101Hz、202Hz等處存在突出的峰值。經(jīng)過(guò)計(jì)算，峰值與整車怠速壓縮機(jī)倍頻相吻合。結(jié)合內(nèi)控變排量壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，在車輛剛開(kāi)啟壓縮機(jī)的前幾秒時(shí)間內(nèi)，壓縮機(jī)處于變排量運(yùn)行狀態(tài)，由小排量啟動(dòng)運(yùn)行逐漸加大排量運(yùn)行，直至動(dòng)態(tài)平衡。在壓縮機(jī)開(kāi)啟后，整車處于低負(fù)荷的情況下，小排量運(yùn)行時(shí)吸氣壓力較低，吸氣閥片無(wú)法觸碰到缸體的限位面，吸氣腔的氣流脈動(dòng)導(dǎo)致閥片會(huì)出現(xiàn)自由振動(dòng)的情況，產(chǎn)生機(jī)械噪音，并引起相互作用影響。在變排量運(yùn)行過(guò)程中，吸氣壓力逐漸變大，吸氣閥片觸碰到壓縮機(jī)缸體的限位面，自由震蕩消除。

基于這種噪音的產(chǎn)生機(jī)理分析，可以發(fā)現(xiàn)，在傳遞路徑上是難以削弱的，需要在噪音源頭進(jìn)行控制。一種是降低脈動(dòng)壓力，一種是優(yōu)化缸體內(nèi)部的氣流穩(wěn)定性，降低不均勻度。根據(jù)流體積分形式的能量方程和連續(xù)方程有：

基于該車型噪音存在時(shí)間區(qū)間短，壓縮機(jī)排量變化范圍小，基本在最小排量區(qū)間運(yùn)行，以及冷媒內(nèi)存在PAG潤(rùn)滑油，壓縮機(jī)吸氣端氣流流動(dòng)可以近似看做不可壓縮理想流體定常一維絕能流流動(dòng)，因此式（1）、（2）可以積分并簡(jiǎn)化為式（3）、（4）：

由式（3）、（4）可以看出，流動(dòng)中速度增大，壓強(qiáng)就減小;速度減小，壓強(qiáng)就增大。本次整改方案在壓縮機(jī)吸氣口增加了單向閥，來(lái)提高流速，降低脈動(dòng)壓力?？照{(diào)開(kāi)啟起始階段，單向閥彈簧力大于吸氣壓力，閥體開(kāi)度較小，使吸氣流道內(nèi)氣流截面積變小，提高了流速。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，吸氣壓力大于單向閥彈簧力，使閥體處于全開(kāi)狀態(tài)。手工制作增加單向閥的壓縮機(jī)，并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)（圖2），試驗(yàn)結(jié)果顯示，脈動(dòng)壓力值和不均勻度均有顯著的改善（圖3、圖4）。進(jìn)一步搭載至整車驗(yàn)證，主觀評(píng)價(jià)異響改善效果明顯。

另一方面，改善吸氣腔的氣流穩(wěn)定性，降低不均勻度，需要優(yōu)化壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如環(huán)形槽、月牙槽的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，吸氣閥片與閥板搭接處的材料優(yōu)化，使吸氣閥片的開(kāi)啟壓力降低，自動(dòng)脫落閥板的時(shí)間變短，一定程度上可改善吸氣端的氣流穩(wěn)定性。另外，此款壓縮機(jī)的吸氣腔體積較小，位于后缸蓋的內(nèi)圈（排氣腔在外圈），基于吸氣壓力的變化范圍較大，較小的吸氣腔使吸氣脈動(dòng)缺少有效的緩沖，導(dǎo)致氣流穩(wěn)定性差。由于涉及壓縮機(jī)本體的結(jié)構(gòu)變更，驗(yàn)證周期長(zhǎng)，不能滿足項(xiàng)目需求，因此本次整改未能進(jìn)行驗(yàn)證及實(shí)施。

3 結(jié)論

本文基于脈動(dòng)噪音的形成機(jī)理，結(jié)合實(shí)測(cè)頻譜及變排量壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，分析出噪音源頭為吸氣脈動(dòng)引起的閥片機(jī)械噪音，確定了實(shí)施方案，通過(guò)在壓縮機(jī)吸氣端增加單向閥，從源頭上削弱了脈動(dòng)壓力值和不均勻度，有效消除了異響，提升了開(kāi)啟空調(diào)的駕乘舒適性。

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