涡旋式汽车空调压缩机怠速异响分析与控制

涡旋式汽车空调压缩机怠速异响分析与控制
冀军鹤;贾继承;易丰收
【摘要】针对某车厂抱怨怠速开空调时车内\"嗒嗒音\"问题,通过噪声频谱及滤波分析可知,\"嗒嗒音\"频率成分集中在400～730 Hz左右,经台架试验分析为涡旋式压缩机的排气脉动引起.借助扩张式消声器理论模型,对压缩机气流通道进行改进,改进前后排气脉动由18.5 kPa降低至9.0 kPa左右,对改进状态的压缩机装车验证,结果表明400～730 Hz的频段噪声降低近6dB(A)左右,车内主观评价\"嗒嗒音\"得到明显改善,得到了客户认可.此抱怨问题的解决为涡旋式汽车空调压缩机的设计提供了思路,可将其应用与同类产品的研发当中.
【期刊名称】《压缩机技术》
【年(卷),期】2018(000)005
【总页数】4页(P40-42,47)
【关键词】涡旋式压缩机;怠速异响;排气脉动;扩张消声器;气流通道
【作者】冀军鹤;贾继承;易丰收
【作者单位】南京奥特佳新能源科技有限公司,江苏南京 210000;南京奥特佳新能源科技有限公司,江苏南京 210000;南京奥特佳新能源科技有限公司,江苏南京210000
【正文语种】中文
【中图分类】TH45;TK413.4+7
1 引言
NVH （Noise、Vibration、Harshness）指噪声振动舒适性的简称，它是衡量车内舒适性的一项关键指标，越来越受到私家车主及汽车企业的重视。

汽车空调系统是车内温度调节的装置，空调压缩机作为其核心部件，在夏季车内的温度调解中起了重要作用。

同时，当空调开启时，压缩机也是一个不可忽视的噪声振动源。

目前，涡旋式压缩机在汽车空调行业得到了广泛的应用。

它的优势是噪声振动小，但排气脉动问题突出，尤其在低转速高负荷的状态下，车辆怠速NVH问题多是由排气脉动引起。

消声器用于气流噪声的降低，它可看作管道的一部分，根据管道噪声的频率特征选择合适的消声器尤为重要。

针对某车厂客户抱怨怠速状态下开启空调，车内出现“嗒嗒音”异响问题。

参考抗性扩张式消声器理论模型，对压缩机高压腔进行改进设计，将排气孔后部的气流通道设计成3个并联式扩张消声器结构，进而达到控制车内怠速异响问题。

2 台架试验分析
图1 现场测试照片
涡旋式汽车空调压缩机设有排气阀，随着压缩机转动，中心腔压力逐渐升高，当中心腔的压力高于背压时，压缩机开始排气，当中心腔的体积达到最小时，排气结束。

因此，涡旋式汽车空调压缩机的排气是不连续的，这就导致了排气压力脉动[1-2]。

2.1 管路近场噪声试验分析
如图1所示，为脉动、噪声测试系统的现场照片。

测试工况为压缩机转速1020
r/min，吸、排气压力分别为绝压0.28 MPa、1.6 MPa，吸气温度8.7℃。

待工况稳定时，主观评价管路抖动明显、产生规律的“嗒嗒音”。

对麦克风原始信号进行处理得到FFT、选择指数平均，如图2所示为处理后管路近场噪声频谱，存
在明显的调制现象。

经过软件的双光标功能显示，调制频率为压缩机排气频率17.5 Hz，这应是由涡旋式压缩机的不连续排气导致的脉动现象。

对原始信号进行滤波评价分析，结果表明，上述规律的“嗒嗒音”能量主要集中在800 Hz以内。

2.2 脉动分析
图2 管路近场噪声频谱
试验结果表明，高频压力传感器采集的脉动有效值为18.3 kPa、脉动频谱如图3所示，能量主要集中在排气频率17.5 Hz及其倍频处。

结合上述噪声主观评价分析可知，不连续排气是产生“嗒嗒音”的根源。

3 扩张消声结构设计
为了控制压缩机排气脉动，在排气腔设计了消音结构。

阻性消声器主要适用于中高频噪声的控制，结构较为复杂。

共振消声器适合于单频噪声的控制。

抗性消声器结构简单，利用管道内声学特性的突变处将部分声波反射回声源方向，以达到消声目的，主要适用于降低中低频段的噪声，较为常用的是扩张式结构，其结构示意图如图4所示。

本文以扩张式消声结构作为参考，对压缩机排气腔的静盘结构进行改进，并将改进结构申请了专利。

改进前的结构如图5所示，涡旋式压缩机的高压气流从排气孔2排出后，直接沿箭头方向进入空调系统管路，由于压力突然释放，会产生气流脉动。

改进后的如图6所示，气流从排气口2排出后需经过3个并联的扩张消声腔3，然后才能进入空调系统管路。

经过扩张消声腔的作用，使得气流脉动得到控制。

图3 排气脉动频谱
图4 扩张消声结构示意图
1.静盘组件
2.排气孔图5 排气腔改进前结构示意图
图6 排气腔改进后结构示意图1.静盘组件 2.排气孔 3.消声腔
4 改进状态压缩机效果验证
4.1 单体改进效果分析
对上述改进状态的压缩机进行效果验证，试验工况同上文2.1所述。

测试结果如图7所示，深色曲线代表原状态的噪声频谱，脉动有效值为18.5 kPa；浅色曲线代表改进状态的噪声频谱，脉动有效值为9.0 kPa。

改进前后的脉动时域与频域信号分别如图7、8所示；管路近场噪声频谱如图9所示。

图7 改进前后排气脉动时域信号对比
图8 改进前后排气脉动频谱对比
图9 改进前后管路近场噪声频谱对比
4.2 装车效果验证
如图所示为抱怨车辆在怠速空调工作状态下、司机右耳处噪声频谱。

试验在标准半消声室内完成，保证2种状态的测试条件一致。

由图10可知，压缩机改进前后400～730 Hz频带的声压级由41.5dB（A）降低至35.4dB（A）左右，降噪幅度约6dB（A），且主观评价“嗒嗒音”已察觉不到。

图10 改进前后整车噪音异响频段对比
5 结语
（1）由压缩机台架试验分析可知，车内抱怨的“嗒嗒音”为压缩机排气脉动导致。

经过软件滤波分析可知，“嗒嗒音”由排气频率调制产生了800 Hz以内的宽频噪声。

（2）通过参考扩张消声结构，对抱怨车辆空调的压缩机排气腔结构进行改进，结果表明改进后单体排气脉动得到有效控制，由18.5 kPa减小至9.0 kPa。

（3）对改进后的压缩机装车验证，结果表明车内“嗒嗒音”频段的声压级降低了6.1dB（A）。

主观评价改善效果明显，开启空调后无抱怨声音存在，得到了客户
认可。

综上所述，通过本文的研究可知，在压缩机内部引用扩张消声结构可控制排气脉动，这对解决涡旋式空调压缩机引起的异响问题起到实质作用。

另外，由于整车与台架的空调管路约束条件不同，加上噪声的传递路径不同，这导致了车内噪声与台架噪声的频谱存在一定差异。

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