【摘要】随着压缩机等变频技术的日益成熟，特别是空调系统的迅速发展，系统中冷媒循环量的合理控制显得尤为重要。传统汽车空调系统中常采用热力膨胀阀，随着生活水平的提高，人们对汽车品质要求的提高，一些合资品牌汽车和自主品牌高端汽车空调系统中逐步采用流量可变性节流元件，电磁膨胀阀的应用越来越广泛。传统空调系统采用的热力膨胀阀主要通过控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。噪声源主要来自于冷媒高速通过阀门时产生的噪声。电磁膨胀阀主要通过电磁线圈通电控制阀针开关，噪声源更复杂，为合理的控制电磁膨胀发工作噪声，提出一种电磁膨胀阀的噪声测试及控制方法，提高空调系统整体噪声品质，从而提高驾乘舒适性。

 

前言

 

传统空调制冷系统压缩机的类型通常都选用定频压缩机，而定频压缩机能量输出为定定值，在整个空调系统中，冷媒工作时循环量变化比较小，对流量的调节一般是进行微小的调节方式，目前比较广泛的使用的节流元件为毛细管。近几年来，压缩机变频技术逐渐成熟，尤其是多联式空调机组发展迅速，新型系统中冷媒循环量的合理控制得到了广泛关注。目前流量可变性节流元件通常采用电子膨胀阀、热力膨胀阀等^[1]。

 

1. 电子膨胀阀工作原理

 

空调系统设计中，电子膨胀阀作为电子控制元件，因其精度高，动作快速、准确、节能效果明显等优点，在制冷系统中的运用，可以实现系统的优化控制。

 

电磁式膨胀阀在电磁线圈通电前，阀针处于开的位置，阀针的开度取决于线圈上施加的控制电压，从而调节膨胀阀的流量。该阀动作响应快，但在制冷系统中工作时一直需要供电。

 

电动膨胀阀是一种以步进电机驱动的电子膨胀阀，它通过给步进电机施加一定逻辑关系的数字信号，使步进电机通过螺纹驱动阀针的向前或向后运动，从而改变阀口的流量面积来达到控制流量的目的。

 

这种电子膨胀阀又可分为直动型和减速型两种。直动型是步进电机直接带动阀针，减速型是步进电机将动力通过减速齿轮组来推动阀针的动作。通过减速齿轮组可以产生较大的推力，所以目前许多步进电机驱动的电子膨胀阀都是曹勇的这一种驱动方式^[2]。

 

电子膨胀阀的形式有多种，但都需要有电信号来控制，为再制冷循环中实施现代微机控制提供了可能。同时因系统、控制方法不同，每种形式的电子膨胀阀都有自己的优势。但不仅电机驱动的电子膨胀阀因其更适用微机控制、并有较好的稳定性，而为更多的制冷系统所采用。

 

采用电子膨胀阀来控制压缩机排气温度，可以防止因排气温度的升高对系统性能产生的不利影响，同时可省去专设的安全保护器，节约成本，提高工作效率。

 

采用电子膨胀阀的制冷系统，停机时令膨胀阀全关，防止冷凝器的高温液体流入蒸发器，造成再次启动时的能量损失，而在开机前，将膨胀阀全开，使系统高低压侧平衡，然后开机，这样既实现了压缩机的轻载启动，又减少了压缩机启、停造成的热损失，节能省电。电磁膨胀阀结构如图1 所示[3]。

图 1 电磁膨胀阀结构图

 

2.电磁膨胀阀节流噪声产生原因

 

空调系统主要组成部分为：冷凝器、压缩机、蒸发器、节流装置、风机系统、管路系统等。空调系统工作时（如图2所示），低温低压的气态冷媒经过压缩机压缩后转变为高温高压的气体，经过冷凝器的冷却和冷凝，转变为高温高压的业态，再经过电磁膨胀阀的节流转变为气液两相态的冷媒在蒸发器中蒸发达到制冷的效果。整个系统运行时，内部压力是脉动的。当流体传递到系统中的锁扣截面时，液体的压力和流速会产生较大变化。主要表现为：冷凝后的液态制冷剂经过系统中的节流装置，由于通道截面突然变窄，高速高压得制冷剂会在变截面处产生压缩波，从而导致系统产生振动和噪声^[4]。

 

图2 空调系统工作原理图

 

3.电磁膨胀阀噪声分类

 

电磁膨胀阀通过温度传感器采集到的参数进行计算输出驱动信号来控制开度变化，反应和动作速度非常快，流量调节比其他的节流装置更加平稳、准确，在汽车空调系统工作时，制冷剂流经电磁膨胀阀时将产生低频振动、液流噪声、口哨声等噪声。然而距离节流点较近的换热器对这些噪声起到放大器的作用，从而将噪声通过风道传到驾驶室内，影响汽车的驾乘舒适性^[5]。

根据电磁膨胀阀噪声产生的原因，可以将节流噪声分为：阀针振动噪声、大气泡挤破噪声、小气泡噪声。

 

4．电磁膨胀阀噪声测试与分析

 

4.1电磁膨胀阀单体噪声测试分析

在车辆开发中，各零部件单体噪声振动测试与控制在项目前期开发中起到了至关重要的作用。本文对某车型电磁膨胀阀单体噪声大问题进行优化。采用1个声学传感器和2个振动传感器。声学传感器布置在距离电磁线圈距离中心位置10cm处，振动传感器1个布置在电磁线圈上，1个布置在阀体上。通过减小阀针与阀针导孔的配合间隙明显改善电磁阀噪声水平。

由表 1 和图 3 可以观察到，电磁膨胀阀经过减小阀针与阀针导孔的配合间隙后，工作噪声明显得到了改善。电磁膨胀阀阀针优化后开启噪声声压级低于优化前 28dB（A）,关闭时噪声声压级低于优化前 13.1d(B)。

 

4.2电磁膨胀阀噪声整车测试方法

为了解决对电磁膨胀阀的噪声风险评估以及噪声控制，提出一种电磁膨胀阀的噪声测试及控制方法。该测试方法主要对驾驶室内噪声、电磁线圈振动和电磁阀体振动信号采集，通过驾驶室内噪声频段分析初步判断声源，通过结合振动信号分析进行声源识别。

 

测试设备有：声学传感器1个、振动传感器2个、声学校准器1个、HEAD DIC6B数据采集前端、电压表1个、电流表1个、直流稳压电源和电脑1台。

实车启动时，测量电磁膨胀阀的工作电压，通过外接直流稳压电源按实车工作电压供电，测试车内噪声以及电磁线圈振动和电磁阀体振动。

测试方法如下：

1. 在车辆怠速状态下，电压表测量并记录工作时电磁线圈端电压范围（通常电压范围为9-12v）和常用端电压；

2. 测试过程中放置2个声学传感器和1个振动传感器，声学传感器布置在后排左侧座位乘客外耳侧，1个振动传感器布置在电磁线圈侧，1个振动传感器布置在电磁膨胀阀阀体上；

3. 数据采集前确认待测电磁膨胀阀的正负极，使外接式稳压电源为电磁膨胀阀提供工作电压；

4. 测试工况点为9v、10v、11v、12v、13.5v和常用端电压；

5. 采集数据时，必须保证车辆发动机熄火，车辆门窗正常闭合。

通过采集膨胀阀的车内噪声和线圈及阀体振动信号分析噪声来源。

 

5．电磁膨胀阀噪声控制

 

电磁膨胀阀节流噪声主要来自于三部分：大气泡挤破噪声、小气泡挤破噪声和阀针振动噪声。

1. 大气泡挤破噪声

大气泡挤破噪声主要表现为吱吱声、咕噜咕噜等液流声音，其频率一般在1k~2KHz.气泡的存

在导致节流压力波动而产生液流噪声。此类噪声如果不改进电磁膨胀阀结构，提出一种靠近节流点20mm处增加一个100目的过滤网，将大气泡转变为小气泡，降低节流噪声^[6]。

2. 小气泡挤破噪声

小气泡挤破噪声主要是小气泡破碎产生的噪声，一般表现为尖锐的口哨声，频率范围在

4~6KHz。对于小气泡噪声，一般采用改善流场来降低噪声，将节流通道做成喇叭形状改善噪声。

3. 阀针振动噪声

阀针振动噪声一种是制冷剂在电磁膨胀阀内流动产生涡流引起的振动，一种是阀针与阀体撞击的声音。为改善此类噪声有以下几种方式：减小阀体腔体与阀针的间隙或改变腔体形状；减小阀针与阀针导孔的配合间隙；改变阀针尖端形状从而减小涡流形成降低涡流导致阀针振动引起的低频噪声[7]。

 

6.结论

 

对于汽车电磁膨胀阀噪声进行详细研究，提出了电磁膨胀阀单体和整车噪声与振动的测试方法。通过针对某车型采用的电磁膨胀阀单体噪声大问题进行优化，通过改善阀针与阀针导孔间隙将噪声水平明显改善，证明了方案的有效性。根据噪声产生的原因进行总结分类，针对冷媒在流经电磁膨胀阀时产生节流噪声不同的产生机理提出了相应的噪声控制方法。