减小汽车空调开启过程中冷媒产生的嘶嘶声

段传学，邵思远

（吉利汽车研究院有限公司，浙江，宁波 315336）

汽车空调系统是汽车舒适性设备的一部分，为汽车提供热量和冷量，同时满足除霜和除雾的功能需求，是影响汽车舒适性的重要零部件。而汽车空调的振动噪声水平，也成为影响整车舒适性的重要因素。

TXV是当前汽车空调普遍采用的节流方式，因为它可靠性高、成本低而得到广泛应用。然而，随着电动汽车的发展，以及车内噪声水平的降低，膨胀阀引起的嘶嘶声（Hiss）噪声越来越被消费者重视。J.D.Power的新车质量调研（Initial Quality Study，IQS）中，抱怨空调噪声大的比重越来越大，嘶嘶声正成为影响IQS的主要原因之一。特别是在汽车空调开启和关闭过程中的“啸叫”，是汽车空调噪声IQS抱怨的重要一项。

当前，国内外很少有研究TXV噪声的专著和论文。只有一些汽车生产厂家针对膨胀阀噪声提出了一些工艺措施。汽车空调开启过程中的嘶嘶声主要是伴随着空调系统的突然变化而产生，比如空调系统启动和关闭，发动机急加速和减速等，持续时间可长可短。

本文就是在试验的基础上找到空调冷媒流体嘶嘶声的相关因素，提出解决措施，在整车上进行验证并把噪声降低到可以接受的程度。

1 车辆开空调嘶嘶声介绍

样车的路试反馈情况表明其存在空调开关过程的喘气声和嘶嘶声。根据车辆情况，安排在夜晚安静环境下对问题进行排查，排查结论如下：

（1）怠速，空调开后4～6 s，存在嘶嘶声，不明显。

（2）D挡且车速在30 km/h以下时，空调开启后3～6 s存在嘶嘶声。

（3）怠速，发动机转速2 000 r/min时，开空调，嘶嘶声更加严重。

（4）怠速，发动机转速3 000 r/min时，开空调，嘶嘶声也存在。

（5）多次开关空调，嘶嘶声会逐渐变小。

噪声测点包含HVAC出风口和驾驶员位置，振动测点包含压缩机和膨胀阀，部分测点布置如图1所示。

图1 测点图

按照上述（1）、（3）和（4）的状态进行测试，增加驻车时发动机转速缓慢提升状态。数据结果如图2所示。

图2 测试结果

结果显示，在怠速2 000 r/min和3 000 r/min时开空调，会有嘶嘶声产生，振动频率为4 100 Hz、4 500 Hz和6 800 Hz。

2 整车的原因查找

初步判定噪声和膨胀阀密切相关，所以试着改变热力膨胀阀的状态来测试对整车噪声的影响。

第一步，取消卡簧，数据结果如图3所示。频率略微降低到4 200 Hz，高压管的特征不明显。

图3 取消膨胀阀卡簧

图4 取消膨胀阀的调节球

第二步，取消膨胀阀的调节球，测试结果如图4所示。频率带宽增加，高压管特征不明显。综上所述，嘶嘶声和冷媒相关，由于频率比较高并且只有在空调开关条件下才能激发，可以确认和热力膨胀阀以及阀后的蒸发器和管路相关。

3 膨胀阀噪声的机理

对于典型的管内流体，其波动方程为：

式中：r为圆柱坐标；为速度；c为声速。

根据方程的解的特性，假设管路壁面刚性，圆形管坐标对称，并且只考虑径向的模态，则管内流体的声学模态参数估计为：

式中：M为马赫数，流速和声速之比。

除了在膨胀阀后很短的一段管（M＞1），其它部位M＜＜1。所以，式（2）变为：

第一阶模态可以表述为：

空调TXV和连接管的参数见表1。按照当地音速160 m/s来计算的管路声腔模态频率也在表1中显示。

表1 热力膨胀阀和连接管参数

可见4 200 Hz、6 900 Hz和10 400 Hz的噪声是和TXV的高低压连接管相关，而其余频率的噪声可能和其它的管路相关。

阀口的射流噪声形成原理特别复杂，现在还没有找到合适的噪声模型，主要从试验方面进行研究。

图5 阀口的射流速度分布

4 台架试验和路径分析

既然嘶嘶声和TXV、管路、蒸发器相关，那就单独搭建一个台架查找一下嘶嘶声的根源，利用热性能实验室提供高压高温的冷媒液体，连接到同样的蒸发器上，测试振动和噪声，如图6所示。

图6 台架测试

台架振动和噪声的结果如图7所示，由图可知，嘶嘶声主要在6 900 Hz左右，从振动上看，从TXV到连接管，再到蒸发器的水室都有特征。

图7 台架振动和噪声

TXV后面增加消声器，发现对6 900 Hz的频率有作用，并且频带变宽了，如图8所示。

图8 TXV后面增加消声器

可见嘶嘶声的传出部位主要是TXV→管路→蒸发器→水室→HVAC壳体，如图9所示。

图9 Hiss噪声传出路径

5 试验验证

既然确定了引起噪声的原因，嘶嘶声和膨胀阀相关，并且和阀相连的管路以及蒸发器、HVAC相关，主要的辐射声音部位是管路、蒸发器和HVAC壳体表面，从而研究噪声的传递路径就成了下一步的任务。

首先改进了膨胀阀和蒸发器之间的连接管路，如图10所示，尽量减小冷媒和流速方向的剧烈改变。然后对膨胀阀到蒸发器之间的管路进行包覆隔音处理，减小管路的辐射噪声。

图10 膨胀阀和管路改进

然后增加蒸发器和HVAC壳体之间的隔振，减小由膨胀阀、管路和蒸发器传递到HVAC壳体的振动。对壳体表面的海绵材料进行了改进，结果如图11所示。

图11 改进后的蒸发器隔振

整改以后的结果对比如图12所示，嘶嘶声得到明显的控制。

图12 整改前后噪声结果对比

6 结论

本文分析了汽车空调在开启过程中嘶嘶声产生的原因以及传递路径。通过台架试验和整车试验查找与嘶嘶声相关的零部件以及声音传递到车内的路径。通过更改膨胀阀、管路、蒸发器，以及它们和HVAC之间的隔振，使传递到车内的嘶嘶声大为减小，从而提高了整车的声品质。