空调系统冷媒吸气脉动噪声分析

刘 威，吴金水，张龙权

（宝沃中国，北京 102206）

如今随着消费者对汽车产品的舒适性要求越来越高，导致对整车 NVH的要求也不断提高，因此在各汽车厂的产品问题排名中，空调系统NVH问题排名一直居高不下，进而提升空调系统的NVH水平已成为提高汽车产品竞争力的有效手段之一。

本文对引起空调系统噪声的因素进行归纳总结。结合团队开发经验整理了典型空调NVH问题的整改措施，可协助设计人员逐一排查设计过程中的潜在问题点，最终将空调系统噪声控制在设计目标值范围内，以减少客户抱怨。

通过实际案例着重分析汽车空调噪声中发生最广泛、涉及领域最多、处理最棘手的压缩机冷媒流动脉冲噪声问题的引起机理和解决方法。

1 空调系统噪声分类降噪分析

空调系统主要由压缩机总成、冷凝器总成、HVAC 总成（含蒸发器+膨胀阀）4个核心部件，以及管路、过渡风道、控制零件等辅助零件组成，且每个零部件都有可能产生噪声。所以为了方便归纳整理，本文按照空调零部件的安装位置的不同进行噪声分类，因此空调系统噪声可分为机舱噪声和乘员舱噪声两部分，如图 1 所示。

图1 空调系统噪声分类

空调系统车内零件主要包含空调控制器、HVAC总成和各对接风道。表1对空调系统乘员舱内可能产生的噪声进行了归纳，并给出了排查过程中检查的主要对象。

表1 空调系统乘员舱噪声问题排查归纳

空调系统前舱噪声主要由压缩机本体噪声、冷媒流动脉冲噪声、冷凝器风扇噪声几个部分组成。表2对空调系统前舱可能产生的噪声进行了归纳，并给出了排查过程中检查的主要对象。

表2 空调系统前舱噪声问题排查归纳

2 案例分析

某汽车在试生产时发现，在怠速状态，空调开启初期出现“哒、哒、哒”的异响，关闭空调后异响消失，引发前排乘员抱怨。经过台架和整车测试，发现引起这一噪声的根源是压缩机吸气压力脉动变化引起。

汽车压缩机噪声一般来源于吸气/排气阀板的机械撞击和制冷剂气体的流动脉冲振动引起的压力变化。压缩机排出制冷剂气体时，空调排气管内径较小，流速快，所以排气压力比较稳定，气流脉动相对较小，因此产生脉冲振动不大，故噪声相对较小。但是压缩机吸气则不同，由于膨胀阀受车内热负荷变化自行调节进入蒸发器的流量，所以制冷剂回流到压缩机吸气口时，制冷剂流量的变化明显，且空调低压管内径较大，使气体脉动放大。

由于低压管里的气态制冷剂压力在波动，所以这样的制冷剂气体流经压缩机吸气阀就会产生更大的气流脉动，进而使连接在吸气口的空调低压管也跟着产生振动，进而通过与管路连接的空调箱将噪声传递到乘员舱内，让乘客直接感知压缩机吸气阀处的脉动噪声［1-5］。

因此，解决压缩机吸气脉动措施就应该围绕着源－传递路径－接受体模型展开。具体而言，可以对空调脉动噪声的源头压缩机进行结构优化；在传递路径上可以采取压缩机降低吸气脉动，压缩机吸气管路加装消声器，采用全橡胶管路或优化橡胶管长度的空调吸气管路，吸气管橡胶管内加稳流消声器等措施。根据吸气脉动的产生机理及解决思路，同时考虑问题解决周期要短，因此进行以下方案验证和数据采集，见表3。

表3 改进方案及结果

结合上述测试的结果，可以看出：①膨胀阀出口增加胶管可以降低冷媒流出蒸发器的压力波动，从而降低整个系统的噪声；②压缩机吸气口阀板进行激光处理（图2）增加凹槽可以降低阀片开启难度，减少阀片和阀板开启瞬间的气体脉冲，并降低缸体腔内压力、减少振动，使系统噪声改善；③增加消声器可以使低压冷媒流动更平稳，压力波动更小，进而降低系统冷媒脉动噪声。

图2 压缩机激光阀板

经过理论分析各项有效措施对降低噪声的原理后，将这3个方案同时实施，使其效果叠加进而解决噪声问题。然而最后一个方案，将方案5、6同时实施，效果却不是很理想，究其原因发现做方案时为了减少周边零件的改动，方案5将消声器加在了低压充注阀处，距离压缩机吸气口较远，故消声器对冷媒的稳压稳流作用在流出消声器后逐渐消失，故而方案5、6同时实施的效果不佳，只能作为过渡时期的临时措施。

最终经过与总布置、相关零部件工程师一起讨论，确定方案8：将方案5的消声器移至压缩机吸气口处后再与方案4、6同时实施。实施后经过主观评价效果良好，脉动噪声不易察觉不会引起客户抱怨，经过驾驶员耳旁噪声频谱分析，240Hz噪声明显降低7dB（A），驾驶员耳旁声压级明显降低，压缩机振动频谱分析，方案8明显优于原状态。测试结果见图3～图7。

图4 驾驶员耳旁声压级

图5 压缩机X向振动频谱

3 结论

采取在压缩机吸气口处增加消声器、在膨胀阀出口处增加软管、压缩机吸气阀板激光处理等措施，解决了某汽车空调压缩机引起的车内脉动噪声问题。主观评价和客观测试一致表明，综合使用降低冷媒流动压力波动的方法可以明显降低压缩机引起的车内脉动噪声。

图6 压缩机Y向振动频谱

［1］ 朱爱武.空调压缩机对车内噪声的影响［J］.噪声与振动控制，2010（4）：47-49.

［2］ 张立军，靳晓雄，黄锁成.汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究［J］.汽车工程，2002，24（5）：398-402.

［3］ 余雷模，夏清，博王康，等.空调压缩机降噪技术现状［J］.压缩机技术，2011（5）：47-49.

［4］ 张瑞琳.活塞式压缩机管道系统振动分析及改进［J］.流体机械，2006（6）：40-42.

［5］ 张晓伟，李苏洋.汽车管路系统的振动分析［J］.振动.测试与诊断，2012（S1）：120-122，154.

［6］ 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动-理论与应用［M］.北京：北京理工大学出版社，2006.