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                汽車空調鼓風機低溫異響的分析與解決

                2021-06-02

                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)

                摘 要:汽車空調在低溫環境下,會出現一種鼓風機異響現象,本文通過分析,查找出問題原因并制定了解決措施。

                關鍵詞:低溫;鼓風機;異響

                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境。舒適環境包含適宜的溫度、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,發現關于低溫環境下鼓風機噪聲問題總結較少,因此本文就低溫環境下一種鼓風機常見噪聲問題進行探討。低溫環境下,汽車空調主要實現制熱功能,對于傳統燃油車來說,其原理是利用發動機的余熱來進行制熱,HVAC內部有暖風芯體,暖風芯體與發動機冷卻系統相連,當發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,實現制熱效果。實現熱交換的冷卻液將被水泵重新送到發動機冷卻系統,以進行下一個制熱循環,空調系統制熱原理圖如圖1所示。

                1 故障描述

                汽車在產品開發階段,會模擬用戶的各種使用環境,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。筆者開發的某款車型,在漠河開展低溫道路適應性試驗時,發現冷車狀態下 (環境溫度-36℃),第一次開啟汽車空調,HVAC會發出一種“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。

                2 問題分析

                2.1 低溫試驗排查

                根據問題發生的條件,采用環境模擬的方式,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,主要表現為HVAC有吱吱干摩擦尖叫聲,故障率100%,低溫測試結果見表1。

                通過本次試驗,得出如下結論。

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

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

                3)經現場識別,確認噪聲源為HVAC鼓風機電機軸承部位發出,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。

                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,發現產生異響的軸承為含油軸承。

                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。

                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?表面被油脂包裹,在-40℃低溫環境下,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。

                電機改善前后對?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,本案例中出現的低溫異響問題得到解決。

                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。

                來源:《汽車電器》2019年12期

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