Geräuschentwicklung im Pkw-Kältekreislauf durch Schwingungen des Expansionsventils

Im Pkw-Kältekreislauf mit thermostatischem Expansionsventil (TXV) können trompetenartige Geräusche auftreten, deren Entstehung bisher noch nicht wissenschaftlich geklärt ist. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Lücke zu schließen und die Geräuschentstehung zu untersuchen. Weiterhin wird in dieser Arbeit ein Überblick über die Akustikphänomene im Pkw-Kältekreislauf gegeben. Es werden verschiedene experimentelle Untersuchungen zur Analyse des trompetenartigen Geräusches und der Betriebsbedingungen des Kältekreislaufes, bei denen ein trompetenartiges Geräusch auftritt, durchgeführt. Es zeigt sich, dass das trompetenartige Geräusch durch Oszillationen des Ventilmechanismus und Anregung einer longitudinalen Mode, d.h. einer stehenden Welle, in der Rohrleitung vor dem TXV-Eintritt zustande kommt. Der Ventilmechanismus des TXVs wird dabei durch Kältemittelpulsationen bedingt durch den Kältemittelverdichter zur Vibration angeregt. Dies führt zu einer oszillierenden Änderung des Drosselquerschnitts, wodurch eine Druckwelle, auch Druckstoß genannt, vor dem Eintritt in das TXV ausgelöst wird. Je nach Frequenz und Phasenlage verstärkt die Druckwelle die stehende Welle im Kältemittel vor dem TXV-Eintritt und ein tonales, motordrehzahlunabhängiges und trompetenartiges Geräusch tritt auf. Weiterhin wird im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss der Betriebsbedingungen und der bauteilbezogenen Einflussfaktoren des TXVs auf ein Auftreten des trompetenartigen Geräusches untersucht. Dazu werden ein mathematisches Modell des Druckstoßes vor dem TXV-Eintritt und dynamische Modelle des Ventilmechanismus und des Thermokopfes des TXVs entwickelt. Mit Hilfe dieser werden die Größen einzelner Faktoren variiert und die Auswirkung auf ein Auftreten des trompetenartigen Geräusches diskutiert. Die systematisch hergeleiteten Erkenntnisse decken sich dabei mit den experimentellen Untersuchungen.