某汽车空调压缩机振动噪声原因与控制分析

覃京翎

摘要：车载空调系统为人们提供了更为舒适的乘车感受，但是同时也引发了噪音问题。本文通过对某汽车空调压缩机震动噪声原因进行分析，并根据分析结果提出了几点改进措施，以此降低空调压缩机振动产生的噪声，提高人们乘车的舒适度。

关键词：汽车;空调压缩机;振动噪声;分析

中图分类号：U463.23+4.93                            文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）14-0155-02

0  引言

汽车空调压缩机是车载空调重要的组成部分，能够对车内温度进行很好的控制，而由此引发的噪音问题极大影响了车内司乘人员乘车的舒适度。空调压缩机振动产生的噪音问题十分普遍，轴向活塞式压缩机在汽车空调系统中应用较为广泛，本文以此为例进行噪声原因与控制分析。

1  压缩机介绍

斜盘式压缩机是轴向活塞式压缩机的一种，在汽车空调系统中应用也比较广泛，这种类型的压缩机由驱动盘总成、斜盘、主轴、活塞、缸体、阀片等组成，其中阀片具有十分重要的作用[1]。这种压缩机工作原理是通过气缸进行往复运动实现的，其特点是稳定性好、安装便捷、技术成熟，良好的斜盘式压缩机在工作时十分平稳，也不会造成太大的噪音，但是因为气缸数量比较多，系统启动的时候会产生较大载荷的冲击，从而产生噪声，尤其是在汽车怠速或者低速时更加明显，同时如果压缩机配置过低，噪声会更大，十分影响车内人员的乘车感受。

2  压缩机振动噪声原因分析

压缩机振动噪声原因有很多，可以根据引发噪声的因素分为机械原因、空气动力原因以及电磁原因三方面。

机械原因指的是压缩机内部结构各机械部件之间的摩擦专家或者传动不稳引起的振动而产生的噪声。包括以下几种：首先，机械部件之间的摩擦，主要有斜盘、半球、活塞、气缸壁等之间的相互作用产生的摩擦;其次，阀片原因，例如，进气阀片排气阀片的开合由于发生形变产生噪声、阀片和挡板之间的撞击产生噪声;最后，转动不稳定，例如，压缩机工作时，斜盘的传动不稳定会产生偏心力、进气排气过程中气体产生的脉冲力影响等。

空气动力原因是由于压缩机在工作过程中气流引起振动。简单说有喷注产生的气流、阀片开合产生的气流、排气管工作产生的气流、压缩机进气时产生的气流等诸多方面。

电磁原因来源主要是转子皮带轮在运行中由于磁场原因引起的电磁效应而造成压缩机振动[2]。

3  压缩机振动实验研究

为了更为准确的找到噪声产生原因，本次实验为通过对压缩机进行单体台架试验，进行噪声信号的采集，并对所采集的信号进行提取和分析，由此进行噪声产生原因的判断。

3.1 试验环境

本次实验采用的是半消声室中进行，室内温度控制范围为12-38摄氏度，湿度在75%以内，模拟车辆行车中常用转速工况1000rpm、1800rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm，压缩机稳态（制冷）工况。

3.2 试验仪器及传感器测点分布

本次试验所用仪器有LMS数据采集仪一台、传声器5个、加速传感器3个、笔记本电脑1台、线材适量。试验采用的是矩形六面体法，对压缩机上方及前后左右分别装安装传感器，用于进行噪声信号的采集，并在传感器端口位于压缩机400毫米处建立空间坐标，在三个方向分别安装加速装感器用于采集振动信号。

3.3 试验过程

压缩机的工作过程可以通过控制系统进行主要运行参数的控制，包括排气压力（P1）、进气压力（P2）、内腔压力（P3），参数选取是由车辆在实际行驶过程中压缩机工作时的数值为准进行确定的，同时利于电控阀对压缩机工作电压进行控制，确定压缩机稳态和空转状态下的工况。

压缩机的转速可以通过控制电机转速来改变压缩机主轴的转速，同时为了避免机电噪声对本次实验的影响，将电机置于室外。为了确保噪声数据的准确效果，采集数据前需要保证压缩机的吸气压力和排气压力稳定时才能进行数据采集。

3.4 数据分析

压缩机表面声压级LP计算公式如下：

其中，LP，单位dB，是以20uP为基准值的声压级。N代表传感器测点数。Lpi代表背景噪声修正后，第i点的声压级。数据分析采用LMStestlab软件对分布的五个传感器所采集到的噪声声压级进行计算，从而得出压缩机平均声压。通过试验我们发现，压缩机噪声集中于3000Hz以内，因此，对这个范围内的噪声进行其振动频谱的研究。表1为压缩机在不同工况下各测点的噪声振动值。

由表1所得数据可以明显看出，压缩机转速越高，各测点值越大，压缩机转速对其声压值影响成明显正相关。

利用LMStestlab软件对噪声振動信号数据进行分析，得出如图1所示频谱图。

由图1可以看出，噪声在1000Hz左右达到峰值，振动在400Hz左右达到峰值。压缩机转速对于其振动和噪声有明显的影响作用，说明压缩机噪声来源与压缩机的内部的部件运动有直接关系，需要对压缩机内部相关部件进行进一步受力分析。

3.5 压缩机内部部件受力分析

首先，是对活塞进行受力分析，试验选择用加速传感器采集信号，通过数据处理得出压缩机振动具有周期性，受活塞往复运动影响在阀片开启和闭合的时候产生较大振动和噪声，其他阶段虽然也存在振动，但是并不明显;其次，对压缩机内部其他部件连接间隙进行分析，为了避免阀片对试验准确性的影响，将压缩机置于空转状态，不必考虑阀片开启和闭合的影响，对压缩机运转过程中的间隙振动进行数据采集，可以发现，压缩机内部部件间隙大小与振幅成正相关，并且振动呈现不稳定性，说明压缩机传动的平稳性对于降低振动，从而减少噪声有重要的影响作用。

4  压缩机振动噪声控制建议

4.1 降低机械振动产生的噪声

压缩机机械产生的振动主要与压缩机生产厂家的生产工艺、生产技术以及所用部件的质量和状态决定的，与压缩机的转速及运行状态关系不大，因此，想要降低这一原因引起的噪声，需要对压缩机的整体结构进行入手。而汽车生产厂家在进行压缩机的选择时对其性能进行了充分考虑，不少优秀企业生产了大量的高品质的压缩机，并且随着技术的进步对压缩机进行不断改进和优化，进一步提升了压缩机的整体性能，压缩机在工作中表现出更好的稳定性。对于用户来说，需要加强对压缩机的日常保养，例如定期对压缩机进行检查，及时补充润滑油，为压缩机的正常工作提供良好的润滑环境，一旦发现压缩机内部零件的老旧或磨损，要第一时间进行更换，避免部分零件问题造成的压缩机机械振动，从而降低噪声，延长压缩机使用寿命。

4.2 降低进排气阀振动产生的噪声

通过试验和数据分析，我们知道压缩机在工作过程中，进排气会使压缩机内部产生气体冲击，造成阀片的振动，而这也是产生噪声的一个重要原因，并且是不可避免的。但是除此之外，阀片在开启和闭合的过程中也会造成振动，因此，可以对阀片结构和性能进行改进，并且优化开启和闭合技术，降低这一振动影响。目前市面上汽车压缩机阀片主要有簧片阀片和环片阀片这两种类型，其中，环片阀片用途较广，具有稳定的性能，但是其厚度较大，因此容易在气流的冲击下产生明显的振动，并且在开启和闭合时不够迅速，也产生了严重的摩擦问题，这些都导致了压缩机振动影响。相比之下，簧片阀片更加轻薄，摩擦问题也较少，能够实现快速开启和闭合，振动也较小，但是由于簧片阀片工作稳定性较差，在推广方面还存在一定的障碍[3]。因此，需要相关研究者对阀片的性能进行进一步优化，使之在具有稳定性能的同时能够降低振动影响，从而减少压缩机噪声。

4.3 降低振动传递产生的噪声

除了压缩机本身结构以及压缩机生产技术产生的振动影响之外，还有很多振动因素难以避免，但是可以通过对振动传递产生的噪声进行过滤，降低噪声向车内的传递，从而为乘车人员提供更为舒适的车内环境。例如以下几种方法：第一，可以在车内空调进风口处贴上泡棉，注意泡棉厚度并非越厚越好，18毫米左右较为适宜，太厚会影响空调制冷效果，并且影响其散热，泡棉会对噪声有明显的消除作用;第二，可以在空调冷凝器上下位置安装减震垫，或者在空调高、低压管夹上安装减震垫，同样可以降低压缩机排气管的振动，从而有效降低噪声向车内的传递;第三，可以利用消音器，對压缩机工作时气流脉冲产生的振动噪声进行消除，安装位置在压缩机低压管旁，也可以起到较好的降噪效果。

5  结语

综上所述，汽车空调压缩机的振动影响因素有很多，主要与压缩机的性能、结构、生产工艺有直接关系，本文进行的试验研究方法和数据分析对该问题研究具有一定的参考价值。通过试验和数据分析我们可以得知，汽车空调压缩机工作过程中有些噪音能够避免，而由于汽车本身结构的复杂性和生产技术的局限性，有些噪音是不可避免的，除了从技术层面进行压缩机性能的优化，用户还可以通过加强对压缩机的日常维护，采用一些消音装备进行降噪，使乘车环境更加舒适。

参考文献：

[1]饶文明，林圣镇，钟秤平，徐高新，邓磊，刘剑.某气制动车型空压机噪声问题解决[J].汽车实用技术，2020，45（24）：126-129.

[2]于譞.汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究[J].黑龙江科学，2019，10（04）：34-35.

[3]李鹏翅.汽车空调常见故障的诊断方法[J].科技与企业，2016（01）：206，208.