導(dǎo)讀

針對某車廠抱怨怠速開空調(diào)時車內(nèi)“嗒嗒音”問題，通過噪聲頻譜及濾波分析可知，“嗒嗒音”頻率成分集中在400~730 Hz左右，經(jīng)臺架試驗分析為渦旋式壓縮機的排氣脈動引起。借助擴張式消聲器理論模型，對壓縮機氣流通道進行改進，改進前后排氣脈動由18.5 kPa降低至9.0 kPa左右，對改進狀態(tài)的壓縮機裝車驗證，結(jié)果表明400~730 Hz的頻段噪聲降低近6dB （A）左右，車內(nèi)主觀評價“嗒嗒音”得到明顯改善，得到了客戶認(rèn)可。此抱怨問題的解決為渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的設(shè)計提供了思路，可將其應(yīng)用與同類產(chǎn)品的研發(fā)當(dāng)中。 

01  引言

NVH （Noise、Vibration、Harshness）指噪聲振動舒適性的簡稱，它是衡量車內(nèi)舒適性的一項關(guān)鍵指標(biāo)，越來越受到私家車主及汽車企業(yè)的重視。汽車空調(diào)系統(tǒng)是車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的裝置，空調(diào)壓縮機作為其核心部件，在夏季車內(nèi)的溫度調(diào)解中起了重要作用。同時，當(dāng)空調(diào)開啟時，壓縮機也是一個不可忽視的噪聲振動源。

目前，渦旋式壓縮機在汽車空調(diào)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)勢是噪聲振動小，但排氣脈動問題突出，尤其在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的狀態(tài)下，車輛怠速NVH問題多是由排氣脈動引起。

消聲器用于氣流噪聲的降低，它可看作管道的一部分，根據(jù)管道噪聲的頻率特征選擇合適的消聲器尤為重要。

針對某車廠客戶抱怨怠速狀態(tài)下開啟空調(diào)，車內(nèi)出現(xiàn)“嗒嗒音”異響問題。參考抗性擴張式消聲器理論模型，對壓縮機高壓腔進行改進設(shè)計，將排氣孔后部的氣流通道設(shè)計成3個并聯(lián)式擴張消聲器結(jié)構(gòu)，進而達到控制車內(nèi)怠速異響問題。

02  臺架試驗分析

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機設(shè)有排氣閥，隨著壓壓縮機縮機轉(zhuǎn)動，中心腔壓力逐漸升高，當(dāng)中心腔的壓力高于背壓時，壓縮機開始排氣，當(dāng)中心腔的體積達到最小時，排氣結(jié)束。因此，渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的排氣是不連續(xù)的，這就導(dǎo)致了排氣壓力脈動[1-2]。

2.1 管路近場噪聲試驗分析

如圖1所示，為脈動、噪聲測試系統(tǒng)的現(xiàn)場照片。測試工況為壓縮機轉(zhuǎn)速1020 r/min，吸、排氣壓力分別為絕壓0.28 MPa、1.6 MPa，吸氣溫度8.7℃。

待工況穩(wěn)定時，主觀評價管路抖動明顯、產(chǎn)生規(guī)律的“嗒嗒音”。對麥克風(fēng)原始信號進行處理得到FFT、選擇指數(shù)平均，如圖2所示為處理后管路近場噪聲頻譜，存在明顯的調(diào)制現(xiàn)象。經(jīng)過軟件的雙光標(biāo)功能顯示，調(diào)制頻率為壓縮機排氣頻率17.5 Hz，這應(yīng)是由渦旋式壓縮機的不連續(xù)排氣導(dǎo)致的脈動現(xiàn)象。

對原始信號進行濾波評價分析，結(jié)果表明，上述規(guī)律的“嗒嗒音”能量主要集中在800 Hz以內(nèi)。

2.2 脈動分析

試驗結(jié)果表明，高頻壓力傳感器采集的脈動有效值為18.3 kPa、脈動頻譜如圖3所示，能量主要集中在排氣頻率17.5 Hz及其倍頻處。結(jié)合上述噪聲主觀評價分析可知，不連續(xù)排氣是產(chǎn)生“嗒嗒音”的根源。

03  擴張消聲結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了控制壓縮機排氣脈動，在排氣腔設(shè)計了消音結(jié)構(gòu)。

阻性消聲器主要適用于中高頻噪聲的控制，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。共振消聲器適合于單頻噪聲的控制?？剐韵暺鹘Y(jié)構(gòu)簡單，利用管道內(nèi)聲學(xué)特性的突變處將部分聲波反射回聲源方向，以達到消聲目的，主要適用于降低中低頻段的噪聲，較為常用的是擴張式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

本文以擴張式消聲結(jié)構(gòu)作為參考，對壓縮機排氣腔的靜盤結(jié)構(gòu)進行改進，并將改進結(jié)構(gòu)申請了專利。

改進前的結(jié)構(gòu)如圖5所示，渦旋式壓縮機的高壓氣流從排氣孔2排出后，直接沿箭頭方向進入空調(diào)系統(tǒng)管路，由于壓力突然釋放，會產(chǎn)生氣流脈動。改進后的如圖6所示，氣流從排氣口2排出后需經(jīng)過3個并聯(lián)的擴張消聲腔3，然后才能進入空調(diào)系統(tǒng)管路。經(jīng)過擴張消聲腔的作用，使得氣流脈動得到控制。

04  改進狀態(tài)壓縮機效果驗證

4.1 單體改進效果分析

對上述改進狀態(tài)的壓縮機進行效果驗證，試驗工況同上文2.1所述。

測試結(jié)果如圖7所示，深色曲線代表原狀態(tài)的噪聲頻譜，脈動有效值為18.5 kPa；淺色曲線代表改進狀態(tài)的噪聲頻譜，脈動有效值為9.0 kPa。

改進前后的脈動時域與頻域信號分別如圖7、8所示；管路近場噪聲頻譜如圖9所示。

4.2 裝車效果驗證

如圖所示為抱怨車輛在怠速空調(diào)工作狀態(tài)下、司機右耳處噪聲頻譜。試驗在標(biāo)準(zhǔn)半消聲室內(nèi)完成，保證2種狀態(tài)的測試條件一致。

由圖10可知，壓縮機改進前后400~730 Hz頻帶的聲壓級由41.5dB （A）降低至35.4dB （A）左右，降噪幅度約6dB （A），且主觀評價“嗒嗒音” 已察覺不到。

05  結(jié)語

1. 由壓縮機臺架試驗分析可知，車內(nèi)抱怨的“嗒嗒音”為壓縮機排氣脈動導(dǎo)致。經(jīng)過軟件濾波分析可知，“嗒嗒音”由排氣頻率調(diào)制產(chǎn)生了800 Hz以內(nèi)的寬頻噪聲。

2. 通過參考擴張消聲結(jié)構(gòu)，對抱怨車輛空調(diào)的壓縮機排氣腔結(jié)構(gòu)進行改進，結(jié)果表明改進后單體排氣脈動得到有效控制，由18.5 kPa減小至9.0 kPa。

3 . 對改進后的壓縮機裝車驗證，結(jié)果表明車內(nèi)“嗒嗒音”頻段的聲壓級降低了6.1dB （A）。主觀評價改善效果明顯，開啟空調(diào)后無抱怨聲音存在，得到了客戶認(rèn)可。

綜上所述，通過本文的研究可知，在壓縮機內(nèi)部引用擴張消聲結(jié)構(gòu)可控制排氣脈動，這對解決渦旋式空調(diào)壓縮機引起的異響問題起到實質(zhì)作用。另外，由于整車與臺架的空調(diào)管路約束條件不同，加上噪聲的傳遞路徑不同，這導(dǎo)致了車內(nèi)噪聲與臺架噪聲的頻譜存在一定差異。

本文作者：冀軍鶴，賈繼承，易豐收，單位：南京奧特佳新能源科技有限公司。