汽車空調(diào)系統(tǒng)降噪技術的研究

李樂銘，方財義

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 230009)

0 引言

主機廠將新車質(zhì)量研究簡稱為IQS，IQS以擁車期2～6個月的新車車主，平均每百輛車出現(xiàn)的質(zhì)量問題數(shù)(PP100)為衡量指標，主要考查“故障/無法操作”和“設計缺陷”方面228個質(zhì)量問題，問題癥狀前十排名如表1所示。

表1 新車質(zhì)量問題TOP10排名

從表中可以看出，空調(diào)系統(tǒng)噪聲［1］問題已引起客戶廣泛關注，文中對引起空調(diào)系統(tǒng)噪聲的因素進行歸納總結，并在設計過程中模擬空調(diào)系統(tǒng)實際運行狀況，對系統(tǒng)風道、流道進行計算機流體動力學分析(簡稱CFD分析)，按整改措施逐一排查，最終將空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制在設計目標值范圍內(nèi)，以減少客戶抱怨。

1 空調(diào)系統(tǒng)噪聲分類

按照聲源不同，噪聲可以分為機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁性噪聲。機械噪聲主要是由于固體振動而產(chǎn)生的，在機械運轉(zhuǎn)中，由于機械撞擊、摩擦、交變的機械應力以及運轉(zhuǎn)中因動力不平均等原因，使機械的金屬板、齒輪、軸承等發(fā)生振動，從而輻射機械噪聲，如機床、織布機、球磨機等產(chǎn)生的噪聲;當氣體與氣體、氣體與其他物體(固體或液體)之間做高速相對運動時，由于粘滯作用引起了氣體擾動，就產(chǎn)生空氣動力性噪聲，如各類風機進排氣噪聲、噴氣式飛機的轟聲、內(nèi)燃機排氣、儲氣罐排氣所產(chǎn)生的噪聲，爆炸引起周圍空氣急速膨脹亦是一種空氣動力性噪聲;電磁性噪聲是由于磁場脈動、磁致伸縮引起電磁部件振動而發(fā)生的噪聲，如變壓器產(chǎn)生的噪聲。

空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機總成、冷凝器總成、HVAC總成、膨脹閥、管路、過渡風道、線束幾個部分組成。按照聲源的不同，系統(tǒng)噪聲可分為氣體噪聲、固體噪聲以及液體噪聲，文中從整車結構上將空調(diào)系統(tǒng)噪聲［2－4］分為前艙噪聲和室內(nèi)噪聲兩部分，如圖1所示。

2 空調(diào)系統(tǒng)降噪分析

2.1 空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲

空調(diào)系統(tǒng)前艙噪聲主要由壓縮機噪聲，冷卻模塊、管路振動噪聲，以及冷媒流動噪聲幾個部分組成，表2對空調(diào)系統(tǒng)前艙可能產(chǎn)生噪聲的原因進行了歸納，并給出了排查過程中檢查的主要對象。

表2 系統(tǒng)前艙噪聲問題排查歸納

2.2 空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)噪聲

空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)主要由HVAC總成和各對接風道組成，如果在各零部件設計過程中，由于對數(shù)據(jù)驗證不充分，各截面積之間的大小變化不合理，會導致鼓風機壓力異常，造成HVAC總成箱體內(nèi)壓力異常，產(chǎn)生異響，如常見的悶響及轟鳴聲，在風量最大擋表現(xiàn)最為明顯。文中從子系統(tǒng)級別對室內(nèi)噪聲進行歸類，詳見表3所示。

表3 空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)噪聲問題排查歸納

3 案例分析

3.1 設計整改

為了降低空調(diào)系統(tǒng)噪聲，除了在低壓管上增加膠管和消聲器外，在高低壓管、冷凝器固定點處增加橡膠減振墊外，重點關注CFD分析技術，對涉及到的零部件和系統(tǒng)進行CFD先期模擬驗證分析，來優(yōu)化設計，減少后期出現(xiàn)反復整改，從而縮短開發(fā)周期和開發(fā)費用。

文中以HVAC總成殼體設計優(yōu)化過程為例，解釋CFD分析技術帶來的方便性和經(jīng)濟性，從圖2中CFD分析流線圖(a)可以看出:蒸發(fā)器氣流不均勻，有些區(qū)域風速大，有些區(qū)域風速小，甚至有些區(qū)域沒有風流過，出現(xiàn)死區(qū)。這會導致蒸發(fā)器部分區(qū)域得不到有效利用，蒸發(fā)器換熱效果差、易結霜，同時容易造成局部風速過大、風量分配不均勻而引起壓迫噪聲，與設計目標不符。為了使蒸發(fā)器迎風面壓力梯度小，且氣流最大限度流過蒸發(fā)器迎風面，對殼體進行修改，把蒸發(fā)器一側殼體型線修改成階梯狀，這樣會使氣流順著階梯逐步流向蒸發(fā)器迎風面。氣流均布在蒸發(fā)器流場上，提高蒸發(fā)器換熱效率的同時，減少風道局部壓力過高，從而降低風道噪聲。

3.2 方案驗證

為對比上述整改前后兩種方案，進行了裝車對比驗證，發(fā)動機型號是我司CAC－SQR372，壓縮機為066 cc/r定排量渦旋壓縮機，其他周邊件均為工裝件。測試過程中，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制在2000 r/min，開啟空調(diào)，風量設置在四擋最大擋位置，模式旋鈕打到吹面模式，音量傳感器布置在室內(nèi)主駕假人人耳位置，測得兩臺試驗車噪聲結果見表4所示。

表4 殼體整改前后噪聲測試結果

從表4中可以看出，對空調(diào)系統(tǒng)采用上述調(diào)整措施后，測得發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2000 r/min狀態(tài)下，整車室內(nèi)噪聲由64.2 dB減小到63.0 dB，降噪有明顯改善。

4 總結

引起汽車車內(nèi)噪聲的因素很多，如發(fā)動機噪聲、進排氣噪聲、傳動系統(tǒng)噪聲、空調(diào)系統(tǒng)噪聲以及高速行駛時的風噪等。而汽車空調(diào)系統(tǒng)由于工作時產(chǎn)生明顯的車內(nèi)噪聲，相對容易被乘員辨識，從而產(chǎn)生抱怨。文中從整車、系統(tǒng)的角度總結歸納了可能降低空調(diào)系統(tǒng)噪聲的途徑，結合CFD分析的方法，對系統(tǒng)中零部件結構進行優(yōu)化，改善系統(tǒng)中風阻、流阻，減小噪聲。但隨著客戶對整車舒適性要求的提高，以及周邊件對空調(diào)噪聲要求的提升，如車載導航儀語言控制技術對降低噪聲的要求，使得空調(diào)系統(tǒng)降噪技術面臨新的挑戰(zhàn)，降噪研究工作還需進一步深入。

【1】李炳奎，張根云，張志文，等．車用HVAC總成［M］．奇瑞汽車股份有限公司，2008．

【2】顧燦松，鄧國勇，何森東．汽車空調(diào)系統(tǒng)異響引起的車內(nèi)噪聲研究與解決［J］．汽車技術，2008(11):21－22．

【3】張立軍，靳曉雄，黃鎖成．汽車空調(diào)壓縮機引起的車內(nèi)噪聲試驗研究［J］．汽車工程，2002(5):30－34．

【4】朱愛武．空調(diào)壓縮機對車內(nèi)噪聲的影響［J］．噪聲與振動控制，2010(4):47－49．

【5】谷波，景步云，黎遠光．板式蒸發(fā)器與熱力膨脹閥的匹配分析［J］．制冷學報，2003(1):50 －53．