怠速工況
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-01
怠速工況的實例教程
怠速工況是車用汽油機最常用的工況之一，發動機怠速工況運轉性能的優劣也是評價發動
機性能的重要指標。汽油機的怠速性能主要體現在三個方面：怠速穩定性、怠速排放和怠
速油耗。
一.控制原理
當發動機怠速運行時，節氣門處于全關位置，即進入發動機的空氣量不再由節氣門進
行調節。怠速控制的實質就是通過怠速執行器調節進氣量，同時配合噴油量及點火提前角
的控制，改變怠速工況燃料消耗所發出的功率，以穩定或改變怠速轉速。
二.控制策略
（１）啟動控制： 發動機啟動時，怠速控制系統控制怠速執行器使旁通進氣量最大，
以利于啟動；啟動之后，再根據冷卻水溫度來確定旁通進氣量的大小。
（２）暖機控制： 暖機階段， 怠速控制系統根據冷卻水溫度的變化不斷調整旁通進
氣量的大小，使發動機在溫度狀態變化的情況下保持穩定的轉速。
（３）怠速反饋控制： 當暖機過程結束，或者ECU檢測到節氣門全關信號，且車速低
于2km/h，則怠速控制系統開始進行怠速反饋控制。
（４）電器負載增多時的怠速控制： 當同時使用的電器增多時，怠速控制系統也要相
應增加旁通進氣量，提高發動機的怠速轉速。
三.怠速執行器
怠速執行器的功能就是改變怠速時的進氣量，改變的方式有：改變旁通進氣量的方式
和直接操縱節氣門的方式即節氣門直動式。 按照執行器驅動方式的不同，旁通進氣量調節
方式的怠速執行器又分為步進電機型、旋轉電磁閥型、占空比控制型真空開關閥和開關控
制型真空開關閥。
四.EGR控制
EGR ( Exhaust Gas Recirculation )即廢氣再循環， 其原理是使一部分廢氣流回進
氣側，用以抑制發動機內NOx的生成。
五.EGR控制的類型
EGR可以通過兩種途徑來實現：內部EGR和外部EGR。
展開 來看一個案例——
主角：福特汽車
工具：整車模擬器
目的：怠速振動特性評審分析
案例背景
在這個項目中，福特汽車選擇了兩款非常接近的樣車：相同的動力總成，車身結構略有不同。一輛車輛（車輛A）具有可能不令人滿意的怠速振動特性，而另一輛車輛（車輛B）具有平均可接受的怠速振動特性。這些車輛使用的發動機是4缸發動機。
解決方案
如圖1和圖2，整車NVH模擬器能夠營造更接近真實場景的環境，幫助用戶理解車輛的噪聲振動特性的實際感受，加快車輛設計中的決策過程。在研究怠速工況的振動特性時，整車NVH模擬器同時再現車輛的怠速噪聲和振動，使評審更接近車輛的實際狀態，提供準確的評審。
圖1：整車NVH模擬器車內場景
圖2：整車NVH模擬器車外場景
分析過程
創建兩臺樣車的NVH模擬器模型后，在真實車輛環境下，分別模擬播放兩臺樣車的怠速噪聲振動特性，進行“背靠背”對比，研究兩臺樣車主觀評審結果之間的差異，如圖3。在主觀評審的同時，對噪聲振動客觀數據進行分析，對比兩臺樣車之間的差異。如圖4，在2階、4階等，存在差異。
圖3：主觀評審問卷1
圖4：噪聲分析對比
研究結果
通過控制各種噪聲振動特性參數，兩臺樣車主觀評審結果之間差異變得非常清晰。而且，研究結果表明，怠速工況下，噪聲和振動對人的主觀感覺都有貢獻，需要同時考慮噪聲振動兩種因素。
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展開 【摘要】針對某皮卡車更換動力總成后，出現怠速工況下動力總成晃動較大的現象* 利用能量法
解耦的基本原理，并采用?@?$A 對該車動力總成懸置系統進行優化設計，從而提高其隔振效率，降
低整車的振動。
關鍵詞：動力總成懸置系統Y 能量法解耦Y ?@?$AY 優化
基于能量法解耦的汽車動力總成懸置系統優化.pdf
考慮到電動壓縮機可通過控制器進行壓縮機工作轉速控制，通過進行NVH測試和主觀評價，綜合考慮空調性能，增加壓縮機首次啟動前30s工作轉速限制為2400r/min的要求，這一限制可控制駕駛員右耳噪聲在38dBA以內，方向盤振動在0.1m/s2內；怠速壓縮機最高限速也由4000r/min優化調整為3450r/min，優化后怠速最高噪聲可控制在約40dBA內，振動可控制在約0.5m/s2內；軟件優化后進行多種工況綜合主觀評價，該優化方案可很大程度降低怠速工況壓縮機工作在較高轉速概率；且怠速工況壓縮機工作在限速范圍內任意轉速車內振動噪聲均可接受。
4 結語
針對某車型開空調由電動壓縮機引起的車內振動噪聲問題，通過NVH試驗方法結合相關仿真分析，確定其原因為壓縮機一階振動激勵與動力總成剛體模態共振，通過方向盤模態及聲腔模態耦合放大導致。通過實施傳遞路徑隔振，并結合壓縮機軟件控制策略優化，主觀評價該問題得到有效改善，客觀數據顯示開空調車內噪聲最大下降8.7dBA，方向盤振動總值最大降低3.36m/s2。
作者：秦 望， 龍書成
廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院
展開 發動機怠速頻率是一個重要的整體激勵頻率，系統模態均與其保持頻率分離。在輕卡中，打氣泵頻率也是一重要激勵，系統模態（尤其Z向模態）需與其保持頻率分離。同時懸架跳動頻率以及輪胎不平衡激勵頻率與車身及轉向系統模態也保持頻率分離。
圖2 輕卡頻率規劃策略示意圖
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激勵頻率分析
發動機和路面是整車主要激勵源，也是頻率規劃表的激勵頻率的主要構成。路面的激勵通過底盤系統和輪胎傳遞到車架，其頻率通常較低（最高通常為懸架跳動，＜16Hz）。路面的激勵主要影響駕駛室剛體模態、車架模態、座椅模態等。來自發動機的低頻激勵主要是怠速一階和二階激勵，打氣泵的激勵也是重要組成部分。發動機一階和打氣泵激勵頻率主要影響發動機及駕駛室剛體模態、車架模態、座椅模態；而發動機二階激勵頻率則影響所有重要系統模態頻率。
4.1 發動機燃燒激勵
發動機是整車怠速工況下的主要激勵源，其激勵頻率和轉速相關。以直列四缸發動機為例，其最大激勵為2階激勵，整車重要系統模態頻率均要與該頻率避頻。同時怠速工況下一階頻率較低，需要與座椅等系統模態頻率分離。
發動機轉速對應的激勵頻率計算公式如下：
f=r*p/60 (1)
其中f為頻率，r為發動機怠速轉速，p為特征系數二階取值2。
發動機怠速工況的激勵頻率需考慮空調開和關狀態，并考慮轉速波動。在本項目中怠速空調關轉速800±30rpm（二階頻率為26.7±1Hz）；怠速空調開轉速為850±30rpm（28.3±1Hz）。如下頻率表所示，此項目怠速二階激勵頻率為25.7-29.3Hz，一階怠速頻率為12.8-14.6Hz。
展開 
怠速工況的最新內容
針對發動機啟動、加速、怠速等動態工況，Ansys能精準捕捉熱應力隨時間的演化規律，定位應力峰值區域。以某4缸汽油發動機活塞為例，仿真結果顯示，活塞頂部邊緣在加速工況下最大熱應力可達350MPa，遠超材料許用應力280MPa，為后續優化指明方向；第二步，熱疲勞壽命預測。
（2）怠速測試：模擬1擋、2擋及倒擋的怠速起步工況，檢測變速器在低轉速下的響應特性。
（3）離合特性測試：結合分離點、結合點、自由行程點等關鍵參數，生成離合踏板特性曲線曲線，評估離合系統的工作效率與耐久性。
在車身詳細開發階段，為考察懸置布置方案設計對整車怠速、加速振動的影響，采用有限元方法，建立整車結構振動分析模型，用于整車怠速、加速工況振動分析。此模型由白車身、動力系統、轉向系統、底盤系統等構成，其中白車身在結合了玻璃、閉合件、集中質量后成為了Trimmed Body；動力總成用剛體簡化；輪胎使用彈簧單元簡化。
在車身詳細開發階段，為考察懸置布置方案設計對整車怠速、加速振動的影響，采用有限元方法，建立整車結構振動分析模型，用于整車怠速、加速工況振動分析。此模型由白車身、動力系統、轉向系統、底盤系統等構成，其中白車身在結合了玻璃、閉合件、集中質量后成為了Trimmed Body；動力總成用剛體簡化；輪胎使用彈簧單元簡化。
表4 CLTC-P工況下CD模式各循環電能變化量仿真結果 下載原圖
表6 WLTC和CLTC-P曲線特征 下載原圖
2）由于CLTC工況相比WLTC工況怠速比例更多，車輛行駛工況更為平緩，平均車速更低，增程式電動汽車對CLTC工況體現出更好的適應性，綜合油耗減少34%，綜合電耗減少14%，整體能耗表現更優。
對于發動機怠速工況的控制，一般可分為基本怠速設置、目標怠速調節及附件工作怠速調整。下面就分別對這三種控制進行說明。
1.基本怠速設置 發動機的基本怠速設置主要是由發動機節氣門的初始開度決定的，即進入進氣歧管內的總空氣量由節氣門初始怠速開度決定。這個開度值是在設計發動機時計算出來的，也是保證發動機實現正常怠速的前提。
本文研究的是正時皮帶的低頻噪聲，只發生在怠速工況，該噪聲由正時皮帶的橫向振動產生，降噪措施的選擇是從降低正時皮帶的橫向振動方面入手，同時采用正時皮帶系統動力學仿真的方法來進行噪聲優化，大大縮短了問題的解決周期，節省了開發成本。
1 某發動機正時皮帶怠速噪聲特征及產生機理
1.1 噪聲特征
某3缸增壓直噴發動機在NVH臺架試驗中，在怠速920 r/min時產生惱人的“咕咕”噪聲。
；且怠速工況壓縮機工作在限速范圍內任意轉速車內振動噪聲均可接受。
通過對此電機進行采用，可以避免發動機在怠速工況下運行，該電機并不在驅動或者能量轉換等過程中參與。
其次，中度混合動力系統。此系統在實際運行時對具有更大功率的ISG電機進行采用，與輕度系統的不同在于，該電機能夠為車輛正常行駛提供良好的驅動力。
最后，重度混合動力系統。
這樣的好處是：
（1）發動機省去了怠速工況；
（2）發動機一旦運行，就會在運行在最高效的區域。混合動力車輛起步動力性良好，可以達到節能減排的目的。
客車是公共交通領域的重要組成部分，該細分市場的特點是對安全性要求較高，且產量不大，因此針對客車混合動力系統與乘用車構型的思路不完全一樣。混合動力客車經過十多年的發展，動力系統構型也是呈現多樣性，但每種構型都有其自身的優點和缺點。
