淺析汽車怠速開空調(diào)的合理轉(zhuǎn)速

鄭小龍　劉杰　邵俊龍

摘 要：為提高汽車怠速開空調(diào)時發(fā)動機輪系工作穩(wěn)定性和整車NVH性能，對比了怠速開空調(diào)不同轉(zhuǎn)速下張緊器工作穩(wěn)定性及整車NVH的差異;采用理論分析和試驗研究相結(jié)合的方法，分析了怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速提升的原因及轉(zhuǎn)速大小與自動張緊器工作穩(wěn)定性和整車NVH性能的關(guān)系，給出了汽車怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速標定的合理范圍。結(jié)果表明：汽車怠速開空調(diào)的轉(zhuǎn)速與多種因素有關(guān)，怠速開空調(diào)的合理轉(zhuǎn)速必須保證發(fā)動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和整車NVH性能及低油耗，推薦常用的汽車在怠速開空調(diào)時轉(zhuǎn)速提升100～200r/min。

關(guān)鍵詞：汽車 怠速 開空調(diào) 試驗研究 自動張緊器 工作穩(wěn)定性 NVH性能

1 引言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代生活水平的提高，人們對汽車駕乘舒適性的要求也越來越高。汽車怠速[1]是一種常見的工況，在車輛起步、等紅綠燈、停車熄火時經(jīng)常遇到，而夏季駕駛汽車在怠速時開空調(diào)也是我們經(jīng)常遇到的情況。由于怠速開空調(diào)的工況比較特殊，對如何選擇怠速開空調(diào)的轉(zhuǎn)速，說法不一，缺乏科學(xué)性。開空調(diào)后發(fā)動機轉(zhuǎn)速應(yīng)提高，轉(zhuǎn)速提高會帶來整車NVH變化、油耗增加等影響，而轉(zhuǎn)速提高不足則會引起發(fā)動機前端輪系工作不穩(wěn)、抖動，影響輪系可靠性。筆者及其項目組通過解決國內(nèi)某車型怠速開空調(diào)的異響問題，在理論分析的基礎(chǔ)上，對怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速的提升對自動張緊器及整車NVH的影響進行了相關(guān)測試研究，本文將對這些問題進行專題討論。

2 怠速的定義

我們常說的汽車怠速是指一種工作狀況。發(fā)動機空轉(zhuǎn)時稱為怠速，即在汽車起動后，當檔位為空擋，完全放松油門踏板，此時發(fā)動機就處于怠速狀態(tài)。發(fā)動機怠速時的轉(zhuǎn)速被稱為怠速轉(zhuǎn)速。一般來講，怠速轉(zhuǎn)速以發(fā)動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速為最佳。

3 怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速合理與否的準則

怠速開空調(diào)后由于壓縮機開始工作，此時發(fā)動機需提高轉(zhuǎn)速，即輸出更高的動力來滿足整車功率需求，若需求與輸出不平衡，發(fā)動機輪系[2]會工作不穩(wěn)、抖動。怠速轉(zhuǎn)速提高后，整車噪聲、振動及油耗均會發(fā)生不同程度的惡化。另外考慮車輛一致性差異，為保證怠速轉(zhuǎn)速升高帶來的動力提升能覆蓋所有車輛需求，一般建議轉(zhuǎn)速增加留一定裕度。因此，汽車怠速開空調(diào)的轉(zhuǎn)速應(yīng)確保在滿足所有整車穩(wěn)定工作的前提下盡量降低，以保證整車更好的駕乘舒適性和油耗，這是確定汽車怠速開空調(diào)合理轉(zhuǎn)速的準則。

4 怠速開空調(diào)合理轉(zhuǎn)速的研究

4.1 怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速提升與自動張緊器的關(guān)系

4.1.1 自動張緊器

汽車發(fā)動機前端輪系是由皮帶[3]和若干輪組成的傳動系統(tǒng)。為保證輪系在皮帶預(yù)緊力的作用下運轉(zhuǎn)一段時間后，皮帶發(fā)生塑性變形（即皮帶拉長）后不出現(xiàn)打滑或失效故障，常在輪系中增加自動張緊器。

4.1.2 怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速變化對自動張緊器的影響

根據(jù)前面的分析可知當汽車怠速開空調(diào)后發(fā)動機轉(zhuǎn)速會相應(yīng)的提升，而對于搭載自動張緊器的發(fā)動機來說，當?shù)∷匍_空調(diào)轉(zhuǎn)速提升不足時，由于功率輸出與需求不匹配，此時發(fā)動機會出現(xiàn)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)、轉(zhuǎn)速波動大等現(xiàn)象，進而引起自動張緊器[4]擺動及皮帶抖動偏大等問題，最終導(dǎo)致發(fā)動機異響。

一般4缸及以上發(fā)動機的穩(wěn)定怠速轉(zhuǎn)速為600～800r/min，本文以穩(wěn)定怠速750r/min為例進行分析測試。表1是筆者及其項目組在解決國內(nèi)某車型怠速開空調(diào)時輪系異響問題所進行的測試結(jié)果。

從表1可知當發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高后，轉(zhuǎn)速波動呈下降趨勢;轉(zhuǎn)速從880r/min上升至940r/min時張緊器擺動、皮帶抖動均有明顯的降低;而在轉(zhuǎn)速從940r/min上升至1000r/min時張緊器擺動、皮帶抖動趨于平穩(wěn)，改善程度不明顯。

一般行業(yè)內(nèi)對于帶有自動張緊器的發(fā)動機輪系，其穩(wěn)定工作的要求如下：

i.張緊器擺幅<5°（波峰_波谷）

ii.皮帶抖動<跨長的10%（波峰_波谷）

iii.附件帶輪打滑率<3%

其中，張緊器的擺幅大小體現(xiàn)前端輪系穩(wěn)定性，張緊器的擺幅越小則輪系穩(wěn)定性越好，反之穩(wěn)定性越差。張緊器擺幅過大會影響張緊器可靠性，一般要求張緊器擺幅不超過5°。

皮帶抖動大小，即兩個皮帶輪跨度上的皮帶振幅，要求振幅不能太大，過大可能會引起皮帶與周邊零部件干涉，也影響輪系的可靠性。一般要求皮帶振幅小于兩個皮帶輪跨度的10%。

皮帶與皮帶輪間的打滑大小很大程度上影響皮帶的壽命，也影響輪系工作的穩(wěn)定性，打滑率過大則可能導(dǎo)致輪系失效。一般要求皮帶與皮帶輪間的打滑率小于3%。

筆者根據(jù)以上分析，重點對怠速開空調(diào)時發(fā)動機轉(zhuǎn)速850r/min和900r/min的張緊器擺幅進行了測試對比，測試工況分別為“1擋換3擋，附件全開”及“1擋爬坡”。

1擋換3擋，附件全開工況時怠速850r/min，張緊器擺幅為2.55°，怠速900r/min，張緊器擺幅為2.4°。

1擋爬坡，怠速850r/min張緊器擺幅為1.75°，怠速900r/min張緊器擺幅為1.65°。

通過對比不同工況下張緊器擺幅的差異，900r/min怠速的張緊器擺幅優(yōu)于850r/min怠速。

根據(jù)以上測試及分析可知，汽車怠速開空調(diào)后合理的提升發(fā)動機轉(zhuǎn)速能有效改善張緊器擺動和皮帶抖動，提升輪系工作的穩(wěn)定性，進而對輪系可靠性產(chǎn)生積極影響，有效降低輪系異響及失效風險。

4.2 怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速提升與整車NVH的關(guān)系

NVH[5]，即噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）。聲壓與聲壓級，振動加速度與振動加速度級是NVH的兩個基本概念。其中，振動加速度A的單位是m/s2，振動加速度級定義為：

聲壓P的單位是Pa，對于1000Hz的純音，人耳能感受到的聲壓為2×10-5Pa，叫做“聽閾聲壓”，把它作為參考聲壓P0，聲壓級定義為：

一般隨著汽車怠速轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動機噪聲會增加，振動也會加劇，再通過傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)及車身等傳遞至車內(nèi)。基于該理論依據(jù)，筆者在解決國內(nèi)某車型怠速開空調(diào)后輪系異響問題時，進行了怠速轉(zhuǎn)速提升至850r/min、900r/min的NVH對比測試。表2是隨機抽取三輛車，在駕駛員右耳、方向盤、換擋手柄位置分別布點進行噪聲、振動的測試結(jié)果。

從表2測試結(jié)果可知，車輛轉(zhuǎn)速由850r/min提升至900r/min后駕駛員右耳噪聲聲壓級都呈上升趨勢，但變化不明顯，因此主觀評價噪聲大小相當。三輛車換擋手柄各方向上的振動隨轉(zhuǎn)速上升變化趨勢不明顯，主觀評價振動大小相當。

從圖3方向盤振動測試結(jié)果可知，三輛車中有兩輛車在Z方向上的振動明顯惡化，主觀感受變差。

綜上，汽車怠速開空調(diào)后發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提升需在發(fā)動機前端輪系穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)上考慮整車駕乘舒適性、燃油消耗的影響（怠速轉(zhuǎn)速越低油耗越低，反之越高，本文不再贅述[6]）。因此，本文所述車型怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速建議按900r/min標定更合理。

5 結(jié)語

（1）汽車怠速是一種工作狀況，怠速開空調(diào)則是一種特殊工況，由于開空調(diào)后壓縮機參與工作，因此需要發(fā)動機提供更高的動力。

（2）筆者分析認為評判汽車怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速合理的準則為：首先應(yīng)確保整車功能需求;其次考慮整車NVH性能和油耗影響;另外汽車由成百上千個零部件組成，一致性偏差不可避免，在標定性能參數(shù)時需根據(jù)實際情況留有一定裕度，保證所有產(chǎn)品的性能均滿足要求。

（3）怠速開空調(diào)轉(zhuǎn)速大小影響發(fā)動機前端輪系工作的穩(wěn)定性，整車振動、噪聲以及油耗等，選擇時應(yīng)綜合考慮這些因素，折中確定一個最佳值。經(jīng)過理論分析和測試研究，推薦汽車怠速開空調(diào)后轉(zhuǎn)速提升100～200r/min。

（4）本文的研究結(jié)論，對類似怠速開空調(diào)這種特殊工況的標定和測試也有參考價值。

參考文獻：

[1]張西振.汽車發(fā)動機電控技術(shù)[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2007.

[2]李楠，王東. 發(fā)動機前端輪系的故障分析[J]. 汽車維修與保養(yǎng)， 2012.

[3]呂兆平.多楔帶輪系設(shè)計基礎(chǔ)[J].企業(yè)科技與發(fā)展， 2008.

[4]李春榮. 發(fā)動機前端輪系動力學(xué)分析[J]. 南方農(nóng)機， 2014.

[5]龐劍. 汽車噪聲與振動[M]. 北京： 北京理工大學(xué)出版社， 2006.

[6]朱曉亮，陸優(yōu)等.淺析怠速變化對整車的影響[J]. 北京汽車， 2014.