【摘要】隨著壓縮機等變頻技術的日益成熟，特別是空調系統的迅速發展，系統中冷媒循環量的合理控制顯得尤為重要。傳統汽車空調系統中常采用熱力膨脹閥，隨著生活水平的提高，人們對汽車品質要求的提高，一些合資品牌汽車和自主品牌高端汽車空調系統中逐步采用流量可變性節流元件，電磁膨脹閥的應用越來越廣泛。傳統空調系統采用的熱力膨脹閥主要通過控制蒸發器出口氣態制冷劑的過熱度來控制進入蒸發器的制冷劑流量。噪聲源主要來自于冷媒高速通過閥門時產生的噪聲。電磁膨脹閥主要通過電磁線圈通電控制閥針開關，噪聲源更復雜，為合理的控制電磁膨脹發工作噪聲，提出一種電磁膨脹閥的噪聲測試及控制方法，提高空調系統整體噪聲品質，從而提高駕乘舒適性。
傳統空調制冷系統壓縮機的類型通常都選用定頻壓縮機，而定頻壓縮機能量輸出為定定值，在整個空調系統中，冷媒工作時循環量變化比較小，對流量的調節一般是進行微小的調節方式，目前比較廣泛的使用的節流元件為毛細管。近幾年來，壓縮機變頻技術逐漸成熟，尤其是多聯式空調機組發展迅速，新型系統中冷媒循環量的合理控制得到了廣泛關注。目前流量可變性節流元件通常采用電子膨脹閥、熱力膨脹閥等。
1. 電子膨脹閥工作原理
空調系統設計中，電子膨脹閥作為電子控制元件，因其精度高，動作快速、準確、節能效果明顯等優點，在制冷系統中的運用，可以實現系統的優化控制。
電磁式膨脹閥在電磁線圈通電前，閥針處于開的位置，閥針的開度取決于線圈上施加的控制電壓，從而調節膨脹閥的流量。該閥動作響應快，但在制冷系統中工作時一直需要供電。
電動膨脹閥是一種以步進電機驅動的電子膨脹閥，它通過給步進電機施加一定邏輯關系的數字信號，使步進電機通過螺紋驅動閥針的向前或向后運動，從而改變閥口的流量面積來達到控制流量的目的。
這種電子膨脹閥又可分為直動型和減速型兩種。直動型是步進電機直接帶動閥針，減速型是步進電機將動力通過減速齒輪組來推動閥針的動作。通過減速齒輪組可以產生較大的推力，所以目前許多步進電機驅動的電子膨脹閥都是曹勇的這一種驅動方式。
電子膨脹閥的形式有多種，但都需要有電信號來控制，為再制冷循環中實施現代微機控制提供了可能。同時因系統、控制方法不同，每種形式的電子膨脹閥都有自己的優勢。但不僅電機驅動的電子膨脹閥因其更適用微機控制、并有較好的穩定性，而為更多的制冷系統所采用。
采用電子膨脹閥來控制壓縮機排氣溫度，可以防止因排氣溫度的升高對系統性能產生的不利影響，同時可省去專設的安全保護器，節約成本，提高工作效率。
采用電子膨脹閥的制冷系統，停機時令膨脹閥全關，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發器，造成再次啟動時的能量損失，而在開機前，將膨脹閥全開，使系統高低壓側平衡，然后開機，這樣既實現了壓縮機的輕載啟動，又減少了壓縮機啟、停造成的熱損失，節能省電。電磁膨脹閥結構如圖1 所示。
圖 1 電磁膨脹閥結構圖
2.電磁膨脹閥節流噪聲產生原因
空調系統主要組成部分為：冷凝器、壓縮機、蒸發器、節流裝置、風機系統、管路系統等。空調系統工作時（如圖2所示），低溫低壓的氣態冷媒經過壓縮機壓縮后轉變為高溫高壓的氣體，經過冷凝器的冷卻和冷凝，轉變為高溫高壓的業態，再經過電磁膨脹閥的節流轉變為氣液兩相態的冷媒在蒸發器中蒸發達到制冷的效果。整個系統運行時，內部壓力是脈動的。當流體傳遞到系統中的鎖扣截面時，液體的壓力和流速會產生較大變化。主要表現為：冷凝后的液態制冷劑經過系統中的節流裝置，由于通道截面突然變窄，高速高壓得制冷劑會在變截面處產生壓縮波，從而導致系統產生振動和噪聲。
圖2 空調系統工作原理圖
3.電磁膨脹閥噪聲分類
電磁膨脹閥通過溫度傳感器采集到的參數進行計算輸出驅動信號來控制開度變化，反應和動作速度非常快，流量調節比其他的節流裝置更加平穩、準確，在汽車空調系統工作時，制冷劑流經電磁膨脹閥時將產生低頻振動、液流噪聲、口哨聲等噪聲。然而距離節流點較近的換熱器對這些噪聲起到放大器的作用，從而將噪聲通過風道傳到駕駛室內，影響汽車的駕乘舒適性。
根據電磁膨脹閥噪聲產生的原因，可以將節流噪聲分為：閥針振動噪聲、大氣泡擠破噪聲、小氣泡噪聲。
4．電磁膨脹閥噪聲測試與分析
在車輛開發中，各零部件單體噪聲振動測試與控制在項目前期開發中起到了至關重要的作用。本文對某車型電磁膨脹閥單體噪聲大問題進行優化。采用1個聲學傳感器和2個振動傳感器。聲學傳感器布置在距離電磁線圈距離中心位置10cm處，振動傳感器1個布置在電磁線圈上，1個布置在閥體上。通過減小閥針與閥針導孔的配合間隙明顯改善電磁閥噪聲水平。
由表 1 和圖 3 可以觀察到，電磁膨脹閥經過減小閥針與閥針導孔的配合間隙后，工作噪聲明顯得到了改善。電磁膨脹閥閥針優化后開啟噪聲聲壓級低于優化前 28dB（A）,關閉時噪聲聲壓級低于優化前 13.1d(B)。
為了解決對電磁膨脹閥的噪聲風險評估以及噪聲控制，提出一種電磁膨脹閥的噪聲測試及控制方法。該測試方法主要對駕駛室內噪聲、電磁線圈振動和電磁閥體振動信號采集，通過駕駛室內噪聲頻段分析初步判斷聲源，通過結合振動信號分析進行聲源識別。
測試設備有：聲學傳感器1個、振動傳感器2個、聲學校準器1個、HEAD DIC6B數據采集前端、電壓表1個、電流表1個、直流穩壓電源和電腦1臺。
實車啟動時，測量電磁膨脹閥的工作電壓，通過外接直流穩壓電源按實車工作電壓供電，測試車內噪聲以及電磁線圈振動和電磁閥體振動。
1. 在車輛怠速狀態下，電壓表測量并記錄工作時電磁線圈端電壓范圍（通常電壓范圍為9-12v）和常用端電壓；
2. 測試過程中放置2個聲學傳感器和1個振動傳感器，聲學傳感器布置在后排左側座位乘客外耳側，1個振動傳感器布置在電磁線圈側，1個振動傳感器布置在電磁膨脹閥閥體上；
3. 數據采集前確認待測電磁膨脹閥的正負極，使外接式穩壓電源為電磁膨脹閥提供工作電壓；
4. 測試工況點為9v、10v、11v、12v、13.5v和常用端電壓；
5. 采集數據時，必須保證車輛發動機熄火，車輛門窗正常閉合。
通過采集膨脹閥的車內噪聲和線圈及閥體振動信號分析噪聲來源。
電磁膨脹閥節流噪聲主要來自于三部分：大氣泡擠破噪聲、小氣泡擠破噪聲和閥針振動噪聲。
大氣泡擠破噪聲主要表現為吱吱聲、咕嚕咕嚕等液流聲音，其頻率一般在1k~2KHz.氣泡的存
在導致節流壓力波動而產生液流噪聲。此類噪聲如果不改進電磁膨脹閥結構，提出一種靠近節流點20mm處增加一個100目的過濾網，將大氣泡轉變為小氣泡，降低節流噪聲。
小氣泡擠破噪聲主要是小氣泡破碎產生的噪聲，一般表現為尖銳的口哨聲，頻率范圍在
4~6KHz。對于小氣泡噪聲，一般采用改善流場來降低噪聲，將節流通道做成喇叭形狀改善噪聲。
閥針振動噪聲一種是制冷劑在電磁膨脹閥內流動產生渦流引起的振動，一種是閥針與閥體撞擊的聲音。為改善此類噪聲有以下幾種方式：減小閥體腔體與閥針的間隙或改變腔體形狀；減小閥針與閥針導孔的配合間隙；改變閥針尖端形狀從而減小渦流形成降低渦流導致閥針振動引起的低頻噪聲。
對于汽車電磁膨脹閥噪聲進行詳細研究，提出了電磁膨脹閥單體和整車噪聲與振動的測試方法。通過針對某車型采用的電磁膨脹閥單體噪聲大問題進行優化，通過改善閥針與閥針導孔間隙將噪聲水平明顯改善，證明了方案的有效性。根據噪聲產生的原因進行總結分類，針對冷媒在流經電磁膨脹閥時產生節流噪聲不同的產生機理提出了相應的噪聲控制方法。
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