整車發(fā)動機與壓縮機共振分析與改善

陶明飛，丁春林，王瑞峰

（華域三電汽車空調(diào)有限公司，上海 200233）

整車發(fā)動機與壓縮機共振分析與改善

陶明飛，丁春林，王瑞峰

（華域三電汽車空調(diào)有限公司，上海 200233）

通過改變發(fā)動機轉(zhuǎn)速或者調(diào)解壓縮機的皮帶輪外徑大小來改變調(diào)整傳動比，以此在設(shè)計初期來避開兩者的共振頻率，改善車輛在空調(diào)壓縮機開啟后的振動噪音。

壓縮機；共振；噪音；傳動比

前言

目前隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進了尋常百姓家，汽車的保有量也在不斷提高。隨著車輛的普及，人們對于車輛的舒適性要求也越來越高，其中對于噪音的要求也日益受到用戶的關(guān)注和重視，并成為了各大整車廠的核心競爭力的一種表現(xiàn)。

隨著汽車空調(diào)在車輛上的普及，汽車空調(diào)引起的振動噪音也日益被重視起來。而在空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機作為系統(tǒng)的心臟，由于其機械運動的原理，必然會產(chǎn)生一定的振動，正常情況下，在汽車空調(diào)壓縮機開啟后，乘客所感受到的噪音不會特別明顯，但如果壓縮機的振動頻率與發(fā)動機的振動頻率在某一階次接近時就會發(fā)生共振，從而產(chǎn)生異常噪音，使乘客感到不適。

本文以某款轎車作為研究對象，該車型使用旋轉(zhuǎn)斜盤式定排量壓縮機，經(jīng)反饋在怠速開啟空調(diào)時，車內(nèi)能聽到明顯的“嗡嗡”的異響聲，空調(diào)關(guān)閉，則異響消失。

1 現(xiàn)象排查

使用專門的 NVH測試軟件對該車進行現(xiàn)場噪音測試，現(xiàn)場抱怨噪聲復(fù)現(xiàn)：怠速空調(diào)開啟，車內(nèi)有低頻“嗡嗡”聲，空調(diào)關(guān)閉則“嗡嗡”聲消失?？照{(diào)開啟與關(guān)閉時在200Hz附近噪音差異高達18dB（A），如圖1：

圖1

將測試文件濾波分析，確認“嗡嗡”聲為 110~300Hz，時頻對比分析發(fā)現(xiàn)開關(guān)空調(diào)差異明顯，抱怨噪聲頻率為191Hz附近，如圖3。

圖2

2 分析與解決

2.1 原因分析

經(jīng)確認抱怨頻率為191Hz，而理論計算壓縮機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳動比為1.55，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速725rpm，壓縮機名義轉(zhuǎn)速為725*1.55=1124rpm，壓縮機缸數(shù)為10缸，壓縮機工作名義主頻為 （1124/60）*10=187Hz。

發(fā)動機為4缸機型，理論計算發(fā)動機16倍頻為（725/60）*16=193Hz，和“嗡嗡”聲頻率基本對應(yīng)。

通過分析發(fā)現(xiàn)：

發(fā)動機16階工作頻率為：725/60*16=193Hz；

壓縮機10階工作頻率為 ：（ 725*1.55/60）*10=187Hz；

兩者工作頻率接近（僅相差6Hz），存在拍頻現(xiàn)象，該拍頻現(xiàn)象是由于兩個頻率接近，一般相差2-9Hz的振動/噪音信號在特定波長疊加、消減后產(chǎn)生周期性忽大忽小的變化，從而使人產(chǎn)生不舒服的感覺。

2.2 解決措施

根據(jù)上述的模態(tài)以及測試分析，該車型怠速開空調(diào)時發(fā)生的“嗡嗡”聲是由于發(fā)動機與壓縮機的工作頻率接近從而產(chǎn)生的拍頻現(xiàn)象，只要將該共振現(xiàn)象移出其怠速工況，就可以對該抱怨進行改善。

根據(jù)常規(guī)的設(shè)計要求，為了避免拍頻現(xiàn)象的產(chǎn)生，要求兩者至少相差 10Hz以上，如果按照此要求進行設(shè)計，只需調(diào)整傳動比即可實現(xiàn)。為此，考慮到在保證空調(diào)制冷性能不受影響以及改動成本小、實施便利的前提下，我們制定了調(diào)整壓縮機皮帶輪的外徑方案進行驗證：壓縮機皮帶輪外徑由φ110mm增大為φ113mm；通過上述措施將傳動比由原來的1.55調(diào)整為1.51；調(diào)整傳動比后發(fā)動機與壓縮機的相關(guān)工作頻率如下：

發(fā)動機16階工作頻率為：725/60*16=193Hz；

壓縮機10階工作頻率為 ：（ 725*1.51/60）*10=182Hz；

兩者工作頻率相差11Hz，符合兩者至少相差10Hz以上的設(shè)計要求，按此方案我們重新準備了壓縮機樣品并在實車上再次進行了NVH測試，測試結(jié)果如圖3、圖4。

圖3

圖4

通過測試軟件分析發(fā)現(xiàn)，空調(diào)關(guān)閉和開啟狀態(tài)時原本抱怨的191Hz附近的突跳點消失，對應(yīng)的亮點明顯降低，空調(diào)開啟與關(guān)閉噪音差異由原先的18dB（A）降低到6dB（A），拍頻現(xiàn)象大為好轉(zhuǎn)，噪音水平降低了很多。

3 結(jié)語

在此次對怠速開空調(diào)振動異響的問題解決過程中，得到以下結(jié)論：

1）在發(fā)動機怠速開空調(diào)出現(xiàn)“嗡嗡”聲，是由于壓縮機的工作頻率與發(fā)動機的工作頻率相接近引起的拍頻現(xiàn)象；

2）怠速時的拍頻現(xiàn)象與發(fā)動機與壓縮機的傳動比設(shè)計不合理有關(guān)，應(yīng)在設(shè)計初期評估相關(guān)工作頻率，避開共振頻率段；

3）所進行的分析研究僅針對于解決怠速工況下的振動噪音，可能并不適用于其他轉(zhuǎn)速工況。但可以可定其他轉(zhuǎn)速情況下發(fā)生的類似共振拍頻現(xiàn)象也可以按此類方式就行分析解決。

[1] 李冰,陳江平.汽車空調(diào)壓縮機轟鳴噪聲的解決方法[C].上海市制冷學會2007年學術(shù)年會論文.

[2] 黃鎖成,靳曉雄,張立軍.汽車空調(diào)用壓縮機的振動和噪聲分析[J].汽車技術(shù),2003(5).

[3] 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(shù),2008(11).

Complete engine and compressor resonance analysis and improvement

Tao Mingfei, Ding Chunlin, Wang Ruifeng
( China national three electric car air-conditioning co., Shanghai 200233 )

By changing the engine speed or mediation compressor pulley diameter size to adjust the transmission ratio, so early in the design to avoid the resonance frequency of the two, to improve the vehicle vibration noise in air conditioning compressor is turned on.

compressor; Resonance; Noise; Transmission ratio

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-184-02

U464.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-184-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.061

陶明飛，就職于華域三電汽車空調(diào)有限公司。