汽車空調鼓風機低溫異響的分析與解決

禹 樂，何景林，涂家富

（重慶長安汽車股份有限公司合肥研究院，安徽 合肥 230000）

目前，汽車已成為日常出行的主要交通工具，用戶對其乘座舒適性的要求越來越高。汽車空調作為汽車重要的電器附件，可實現(xiàn)制冷、制熱、除霜、除霧等功能，為車內駕乘人員提供良好舒適的環(huán)境。舒適環(huán)境包含適宜的溫度、濕度、良好的噪聲水平。其中的噪聲水平，用戶越來越關注，關于空調噪聲，筆者通過查閱著述，發(fā)現(xiàn)關于低溫環(huán)境下鼓風機噪聲問題總結較少，因此本文就低溫環(huán)境下一種鼓風機常見噪聲問題進行探討。低溫環(huán)境下，汽車空調主要實現(xiàn)制熱功能，對于傳統(tǒng)燃油車來說，其原理是利用發(fā)動機的余熱來進行制熱，HVAC內部有暖風芯體，暖風芯體與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)相連，當發(fā)動機冷卻液溫度上升到一定值后，在水泵的作用下，將高溫冷卻液輸送到暖風芯體內，暖風芯體將周圍的空氣加熱，通過鼓風機將加熱后的空氣吹出，實現(xiàn)制熱效果。實現(xiàn)熱交換的冷卻液將被水泵重新送到發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，以進行下一個制熱循環(huán)，空調系統(tǒng)制熱原理圖如圖1所示。

圖1 汽車空調系統(tǒng)制熱原理圖

1 故障描述

汽車在產品開發(fā)階段，會模擬用戶的各種使用環(huán)境，進行充分驗證，這其中，各極限工況下的道路耐久專項試驗必不可少，比如吐魯番高溫試驗、海南高溫高濕試驗、漠河低溫試驗等。筆者開發(fā)的某款車型，在漠河開展低溫道路適應性試驗時，發(fā)現(xiàn)冷車狀態(tài)下 （環(huán)境溫度-36℃），第一次開啟汽車空調，HVAC會發(fā)出一種“吱吱”的干摩擦聲噪聲，聲音屬于高頻尖銳聲，維持15s左右后，自行消失，空調恢復正常工作狀態(tài)。

2 問題分析

2.1 低溫試驗排查

根據(jù)問題發(fā)生的條件，采用環(huán)境模擬的方式，對問題原因進行試驗分析。選取5套樣件 （1套故障件和4套新件），依次編號為1#-5#，將試驗樣件放入低溫箱，溫度維持在-40℃，低溫儲存8h后，分別對試驗樣件進行通電測試，故障復現(xiàn)，主要表現(xiàn)為HVAC有吱吱干摩擦尖叫聲，故障率100%，低溫測試結果見表1。

表1 低溫試驗結果記錄表

通過本次試驗，得出如下結論。

1）因新件和故障件均出現(xiàn)該問題，可確認該現(xiàn)象與耐久性能無關，屬普遍現(xiàn)象。

2）常溫下，無異常噪聲，可確認該現(xiàn)象僅在低溫下出現(xiàn)，與溫度有關。

3）經現(xiàn)場識別，確認噪聲源為HVAC鼓風機電機軸承部位發(fā)出，排除鼓風機葉輪和蝸殼摩擦聲等零部件干涉原因。

為便于說明問題，對鼓風機電機位置進行示意，如圖2所示。

圖2 鼓風機電機位置示意圖

2.2 鼓風機電機分解

為排查故障原因，需要進一步對鼓風機電機進行拆解，電機組成示意圖見圖3，通過拆解，發(fā)現(xiàn)產生異響的軸承為含油軸承。

圖3 鼓風機電機拆解示意圖

查閱相關資料，含油軸承的工作原理為：電機轉軸與軸承內孔采取間隙配合，電機不工作時，潤滑油被軸承的內壁油孔吸入軸承內，含油軸承電機結構示意圖見圖4。

圖4 含油軸承電機結構示意圖

1）常溫啟動：常溫條件下，潤滑油流動性好，電機啟動后，在離心力作用下，油從軸承流出來，在軸和軸承間充分潤滑，電機無異響。

2）低溫啟動：低溫環(huán)境下啟動電機，此時潤滑油粘稠，油流出速度變慢，不能及時的在軸和軸承內壁形成油膜，導致剛啟動時，轉軸與軸承產生干摩擦聲音，摩擦生熱，再加上離心力，油膜慢慢產生，異響消失。

綜上所述，本次異響產生原因為鼓風機電機軸承選用不合理，在低溫環(huán)境下，軸承油脂流動不暢，不能及時形成油膜，導致異響產生。

3 解決方案

解決方案主要從改善鼓風機電機軸承低溫性能差方面著手，目前常用電機軸承有含油軸承和滾珠軸承兩種，從耐低溫性能角度來看，滾珠軸承性能更為優(yōu)良，滾珠軸承電機結構示意圖見圖5，該種軸承轉軸與軸承內圈采用過盈配合，鋼珠表面被油脂包裹，在-40℃低溫環(huán)境下，油脂潤滑性能仍然保持良好。電機工作時，軸承內圈滾珠轉動，油脂直接給滾珠潤滑，不會因為干摩擦引起吱吱的異響聲。

圖5 滾珠軸承電機結構示意圖

電機改善前后對比圖見圖6，采用新電機后的HVAC低溫臺架試驗，冷啟動無異響，HVAC運行正常。新方案電機在漠河進行低溫適應性路試，整個試驗階段，冷啟動無異常噪聲產生。綜合臺架和道路試驗結果，本案例中出現(xiàn)的低溫異響問題得到解決。

圖6 電機改善前后對比圖

4 結論

隨著乘客對汽車空調舒適性要求越來越高，空調噪聲、異響問題越來越受關注。在極限低溫環(huán)境下，一般低于-30℃時，車輛放置一段時間后，鼓風機第一次冷啟動時，會產生吱吱的干摩擦音。該問題主要是HVAC鼓風機電機軸承極限低溫性能差導致，可以通過采用耐低溫性能好的滾珠軸承解決該類問題。