第33卷第5期2016年10月
内燃机与动力装置I．C．E ＆Powerplant
Vol．33No．5Oct．2016
【模拟计算】
某BSG 混合动力发动机前端附件驱动特性研究
31，21，2勤，关莹，刘刚
（1．长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定071000；2．河北省汽车工程技术
徐立强
1，2，3
，滕
研究中心，河北保定071000；3．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）摘要：针对具有智能起停系统的BSG 发动机，本文通过建立前端附件驱动仿真模型，研究了混合动力发动机的起动、加速助力、全转速发电及能量回收四种工况的特性，查看了带轮打滑率、皮带受力、轴承载荷等结果，识别并降低了系统风险。通过BSG 起动扭矩的优化，得到了更好的起动特性结果。
关键词：BSG 电机；前端附件驱动；打滑率；起动
中图分类号：U469文献标志码：A 文章编号：1673－6397（2016）05－0039－06
DOI:10.19471/j.cnki.1673-6397.2016.05.009
Study on the Front End Accessory Drive Characteristics
for the Hybrid Engine with BSG
2，322
XU Li －qiang 1，，TENG Qin 3，GUAN Ying 1，，LIU Gang 1，
（1．Technical Center ，Great Wall Motor Co．，Ltd．，Baoding 071000，China ；2．Hebei Automobile Engineering Technology ＆ＲesearchCenter ，Baoding 071000，China ；3．School of Mechanical and Automobile Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ）Abstract ：On the BSG engine with the Smart Start －Stop system ，the Front End Accessory Drive （FEAD ）model was set up．To study the characteristics of Start －up Boost Sweep and Ｒecu-peration conditions ，the results of slipping －rate belt －force and shaft －load were checked respec-tively under the four conditions．The result analysises are used to find and reduce the potential risks of the Smart Start －Stop system．The optimization of the BSG start torque brings better start charac-teristics．
Key Words ：Belt －Driven Start and Generator （BSG ）；Front End Accessory Drive ；Slipping Ｒate；Start －Up
引言
近年来我国汽车产销量不断攀升，城市的交通
拥堵、空气污染问题也日益严重。有研究表明，发动机怠速空转时的能耗约占总能耗的17%，怠速期间排放的CO 和HC 量约占总排放量的70%。为节省能耗、降低排放，发动机智能起停技术得到国内外各
大汽车厂商的青睐和采用，理想路况下起停技术可
实现3% 5%的节油率，该技术主要分为起动加强
BSG 技术和马自达独有的I －STOP 技术［1－2］。技术、［3］
文献对带ISG （Integrated Starter ＆Generator ）的发动机（起动加强型，见图1）的起动过程进行了动力学仿真研究，建立了发动机起动过程阻力模型，应用Matlab /Simulink对发动机起动过程进行了模拟研究。文献
［4－5］
则进一步增加了ISG 发动机起动
在职研究生，工程师，主要研究发动机配气正时、动力附件运动仿真及结构男，山东烟台人，作者简介：徐立强（1982－），
强度分析。
收稿日期：2016－10－25
·40·
内燃机与动力装置2016年10
月
1
1．1
系统建模
模型描述
某BSG 混合动力发动机前端附件轮系布置如
图3所示，从曲轴减振皮带轮开始，逆着皮带传动方
BSG 带轮和双张紧向依次是空压机（AC ）、惰轮1、
图1
起动加强型发动机示意图
过程的试验研究。本文研究的混合动力发动机采用
BSG （Belt Driven Starter ＆Generator ）技术，它将传统发动机前端的发电机变更为起动/发电机一体机，见
BSG
电机作为起动机通图2。当发动机要起动时，
轮、惰轮2及水泵带轮（WP ）
。
图2BSG 发动机示意图
图3
BSG 发动机前端轮系布置图
过多楔带来驱动发动机运转，由于皮带具有弹性，因
此起动较为平顺，冲击小。发动机起动后，则作为传统发电机来进行发电。通过不同的控制策略来
全转速发电实现发动机的怠速起停、起动加速助力、及制动能量回收。本文通过应该EXCITE Timing
Drive 软件建立前端附件驱动模型［7］，通过仿真分析来研究BSG 混合动力发动机在上述复杂工况下的特性表现，识别并降低系统风险，以确保系统稳定运行。
［6］
带BSG 的混合动力发动机与传统发动机相比，
除具有发电工况外，还具有起动、加速助力和能量回收工况。发动机起动瞬间，整个前端轮系及曲柄连杆机构由静止开始运动，因此该工况仿真模型将曲柄连杆机构与前端驱动轮系相耦合，所建模型及三维显示见图4。其它工况为稳态工况，按常规的附件驱动轮系进行建模，模型如图5所示
。
图4BSG 起动仿真模型及三维显示
2016年第5期徐立强，等：某BSG
混动发动机前端附件驱动特性研究
·41·
图5附件驱动仿真模型及三维显示
1．2边界条件
附件轮系驱动分析的主要边界条件是曲轴的转
速波动及各带轮的负载扭矩。BSG 电机在不同工况下其扭矩方向是变化的，起动和助力工况为正的驱
动力矩，而在发电和能量回收时为阻力矩。空压机
和水泵的扭矩在各工况下都是阻力矩，具体扭矩曲线见图6。稳定工况下曲轴的转速波动CITE Designer 曲轴扭振的计算结果
。
［8］
采用EX-
图6不同工况下的带轮扭矩
瞬态起动工况模型直接耦合了曲柄连杆机构，
考虑了相关零部件的质量、转动惯量及连接刚度和阻尼。由于一缸曲柄初始位置不同，起动时产生的缸压变化曲线也不同，相应的活塞受力、发动机扭矩也有差异。因此通过Boost 软件计算了曲柄初始位于上止点前90ʎ ，上止点后45ʎ 发动机点火产生的缸压变化曲线，见图7，将该缸内压力变化曲线施加到活塞顶部。根据测试，发动机起动静摩擦力矩约
［9］30Nm ，按照Steribeck 摩擦曲线进行摩擦扭矩的加载，具体见图8
。
图8起动摩擦力矩变化曲线
2驱动特性研究
对于皮带驱动附件轮系，一般通过皮带受力、张
紧轮的摆动、带轮打滑率及轴承载荷等来研究系统特性。2．1
发电工况
发电工况为发动机正常运转工况，BSG 电机跟传统发电机一样仅起发电作用。该工况下轮系运行如图9所示，与初始安装位置相比，张紧轮摆动角度
图7
起动缸压变化曲线
不大，各转速下的摆动角度如图10所示，低转速比高转速时张紧轮摆动角度大，这与低速时曲轴转速波动大相对应。曲轴带轮紧边皮带抖动如图11所
·42·
内燃机与动力装置2016年10月
示，抖动幅度在2mm 左右，运行比较稳定。发电工况下各带轮打滑率结果如图12所示，各带轮打滑率均在5%的限值范围内，说明在发动机正常运转发电时，不会出现带轮打滑噪声
。
图10
发电工况下张紧臂摆动
图9
发电工况下轮系运行与初始状态对比
图11
发电工况下紧边皮带抖动
图12发电工况下各带轮打滑率
2．2加速助力工况
BSG 电机扭矩为正，加速助力工况下，不消耗发动机扭矩，反而使发动机输出扭矩增加，从而实现对整车的加速助力。该工况下，皮带系统松边出现在BSG 电机带轮包角方向的左侧，因此该侧的张紧轮处于明显的张紧状态，系统运行位置见图13。由于此时空压机也处在系统松边位置，因此其在1000r /min 时出现打滑率超过5%的情况，见图14，这可能会引起打滑噪声，需在后期试验中进行关注，如有必要需增大空压机皮带包角。2．3
能量回收工况
BSG
电机阻力矩能量回收工况相比发电工况，
图13
助力工况下轮系运行与初始状态对比
变得更大，此时BSG 电机带轮包角方向的右侧为松
边，张紧轮的张紧状态比较明显，见图15。该工况下，各带轮打滑率均低于5%。曲轴带轮紧边皮带最大拉力变化曲线如图16所示，由于此时BSG 电
2016年第5期徐立强，等：某BSG
混动发动机前端附件驱动特性研究
·43·
到怠速的时间不超过0．4s ，同时要注意频繁起动对
零部件可靠性的影响。
图17显示了发动机起动转速变化曲线，转速达到800r /min用时0．18s ，起动时间满足要求。但转速一直上升到2000r /min，这在车辆起动时容易产生噪声问题，引起顾客抱怨，需对BSG 电机扭矩曲线进行调整
。
图14
助力工况下空压机带轮打滑率
机阻力矩最大，因此紧边皮带拉力也最大，达到
3280N ，这需与皮带供应商对皮带强度进行确认
。
图17发动机起动转速变化曲线
图18显示了张紧臂在起动瞬间的摆动幅度，需
据此为张紧轮的摆动留出足够的空间，防止与周围
图15
能量回收工况下轮系运行与初始状态对比
零部件发生碰撞
。
图18
图16
紧边皮带最大拉力变化曲线
起动工况下张紧轮臂摆幅
2．4瞬态起动工况
混合动力发动机的起停功能，要求发动机起动
起动瞬间各带轮打滑率如图19所示，各带轮上的点在刚起动时打滑情况比较严重。系统运转起来后，当其再次经过该带轮时，打滑率均在合理范围内
。
图19起动瞬间各带轮打滑率
内燃机与动力装置2016年10月
选取皮带上不同位置点，查看其在起动过程中拉力变化。水泵带轮与曲轴减振皮带轮间皮带拉力最大，达到2348N ，见图20，但该力仍小于能量回收工况下的皮带拉力。2．5
各工况下带轮轴承受力
每个工况下均能计算出各带轮轴承随转速或时间变化的最大受力曲线，最大值统计见表1，经过分析可以得出：不同工况下处在系统紧边位置的带轮轴承载荷最大。在加速助力工况下，水泵带轮处在系统紧边位置，因此其载荷最大，此时需进一步校核轴承的强度，以免影响水泵密封和性能
。
图21
BSG
起动扭矩优化
图22
发动机转速变化曲线
图20水泵带轮与曲轴带轮间皮带某点拉力表1
各带轮轴承最大载荷统计
发电
17341160
助力29302821
能量回收32891997－1968－4631－21994545－1633－1451
起动19071825－727－1016－27651177－3668－1583
图23
水泵轴承Y 向受力变化
最大轴承载荷/N
Y 向
CＲK
Z 向Y 向
AC
Z 向Y 向
BSG
Z 向Y 向
WP
Z 向
－1577－1194－2354－1306－1263－46082148
1688
－1638－5593－1256－2608
发电及能量回收工况下的系统运行特动、加速助力、
性，能量回收工况下BSG 混合动力发动机皮带受力最大。加速助力工况下，空压机带轮打滑率超过5%，有可能产生打滑噪声，此时水泵轴承载荷也较大，这都与系统轮系设计布局有关。
（3）起动时BSG 扭矩的持续加载会使发动机转速不断上升。合理的BSG 扭矩加载，即能满足系统起动时间要求，还能避免出现NVH 问题。参考文献：
［1］赵云峰，陈俊，朱自萍，等．中国车企起停技术发展现状
J ］．汽车工程师，2012（5）：26－30．及分析［
［2］谭德荣，严新平，刘正林，等．汽油机怠速稳定性控制技
J ］．山东内燃机，2004（1）：1－5．术［
［3］李红朋，秦大同，杨阳，等．汽车发动机起动过程的动力
J ］．重庆大学学报（自然科学版），2005，28（6）：学仿真［4－8．
［4］庄杰，杜爱民，许科．ISG 型混合动力汽车发动机启动过
J ］．汽车工程，2008，30（4）：305－308．程分析［
（下转第70页）
3起动特性优化
初始的BSG 扭矩加载曲线使得发动机起动后
达到的转速较高，通过不断调整加载曲线，使得发动机既能在0．4s 内达到怠速转速，又使起动转速稳定在1000r /min左右，避免了NVH 问题。扭矩的调整也使水泵轴承受力得到优化。具体BSG 优化曲线及相应结果见图21 23。
4结语
（1）发动机匹配BSG 混合动力技术国内刚兴起，缺少针对性的验证手段和数据，无法与本文仿真内容直接印证，本文通过应用成熟的仿真软件及多体动力学分析方法进行的研究，有助于在设计阶段就识别系统存在的问题，降低系统开发风险。
（2）本文研究了某BSG
混合动力发动机的起
内燃机与动力装置2016年10月
3性能验证4总结
采取进气歧管优化、正时优化、增压器匹配性能提升方案后最终试验验证的结果如图34所示
。运用仿真分析软件工具，通过一系列准确的模拟计算，总结出以下规律：（1）准确的仿真分析预测对发动机开发有积极作用。发动机设计可以借助模拟分析软件进行概念阶段的性能预测，准确的模拟计算可以大大缩短开发周期，节省开发成本；（2）进气歧管管长、管径对增压发动机性能影响。进气歧管偏长，发动机进气效率较高，对中高速
图34
修正扭矩试验值
性能较好，且峰值点向中高速速偏移；管径偏小，发动机中高速进气效率较高，中高速段性能较好；（3）进排气凸轮包角对发动机性能的影响。对于4缸涡轮增压发动机，排气包角应在点火间隔角度180deg 左右，相反排气包角越大，充气效率越低，缸内残余废气量越大（尤其在低速区域），因此低速性能较差；进气包角过小，低速性能略好，但考虑到部分负荷的油耗特性，进气包角一般控制在200deg
图35
修正功率试验值
左右，在同样的IVO 安装位置下，更晚的IVC 角度能够有效降低泵气损失，拥有更好的经济性；（4）增压器匹配对发动机的性能的影响：对于增压发动机来讲，在兼顾发动机高速性能的前提下，因尽量选择低速高效率的增压器，重点提升发动机低速性能。参考文献：
图36修正油耗率试验值
［1］吴坚．内燃机工作过程数值计算及其优化［M ］朱访君，
1997．北京：国防工业出版社，
［2］孟金喆，张欣，卢美秀．天然气增压发动机工作过程模拟
J ］．柴油机，2005，27（6）．分析研究［
［3］AVL．BOOST_UsersGuide．
［4］康红，刘胜吉．内燃机工作过程模拟计算结果的准确性
J ］．拖拉机与农用运输车．2008，53（3）．分析及应用［
最终试验结果显示发动机达到性能目标：
最大功率125kW （5500r /min）、最大扭矩250N ·m （1900 4500r /min）、最低油耗率265g /kW·h 均能做到。分析模拟结果与实测值基本一致。
櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏（上接第44页）
［5］王俊华，肖恺，黎润东，等．ISG 型混合动力汽车发动机J ］．北京汽车，2014（4）：18－23．起动过程控制仿真分析［
［6］陈汉玉，余小莉，左承基．发动机智能起停系统控制策J ］．汽车工程，2014，36（9）：1145－1150．略的研究［
［7］AVL EXCITE Timing Drive Application Examples ［Ｒ］．
2013．
［8］郝志勇，舒歌群，史绍熙．内燃机轴系扭振响应的扭转
．内燃机学报，2000（1）：29－弹性波计算方法研究［J ］32．
［9］王成焘，M ］．上海：上海交姚振强，陈铭．汽车摩擦学［
2002．通大学出版社，
第33卷第5期2016年10月
内燃机与动力装置I．C．E ＆Powerplant
Vol．33No．5Oct．2016
【模拟计算】
某BSG 混合动力发动机前端附件驱动特性研究
31，21，2勤，关莹，刘刚
（1．长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定071000；2．河北省汽车工程技术
徐立强
1，2，3
，滕
研究中心，河北保定071000；3．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）摘要：针对具有智能起停系统的BSG 发动机，本文通过建立前端附件驱动仿真模型，研究了混合动力发动机的起动、加速助力、全转速发电及能量回收四种工况的特性，查看了带轮打滑率、皮带受力、轴承载荷等结果，识别并降低了系统风险。通过BSG 起动扭矩的优化，得到了更好的起动特性结果。
关键词：BSG 电机；前端附件驱动；打滑率；起动
中图分类号：U469文献标志码：A 文章编号：1673－6397（2016）05－0039－06
DOI:10.19471/j.cnki.1673-6397.2016.05.009
Study on the Front End Accessory Drive Characteristics
for the Hybrid Engine with BSG
2，322
XU Li －qiang 1，，TENG Qin 3，GUAN Ying 1，，LIU Gang 1，
（1．Technical Center ，Great Wall Motor Co．，Ltd．，Baoding 071000，China ；2．Hebei Automobile Engineering Technology ＆ＲesearchCenter ，Baoding 071000，China ；3．School of Mechanical and Automobile Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ）Abstract ：On the BSG engine with the Smart Start －Stop system ，the Front End Accessory Drive （FEAD ）model was set up．To study the characteristics of Start －up Boost Sweep and Ｒecu-peration conditions ，the results of slipping －rate belt －force and shaft －load were checked respec-tively under the four conditions．The result analysises are used to find and reduce the potential risks of the Smart Start －Stop system．The optimization of the BSG start torque brings better start charac-teristics．
Key Words ：Belt －Driven Start and Generator （BSG ）；Front End Accessory Drive ；Slipping Ｒate；Start －Up
引言
近年来我国汽车产销量不断攀升，城市的交通
拥堵、空气污染问题也日益严重。有研究表明，发动机怠速空转时的能耗约占总能耗的17%，怠速期间排放的CO 和HC 量约占总排放量的70%。为节省能耗、降低排放，发动机智能起停技术得到国内外各
大汽车厂商的青睐和采用，理想路况下起停技术可
实现3% 5%的节油率，该技术主要分为起动加强
BSG 技术和马自达独有的I －STOP 技术［1－2］。技术、［3］
文献对带ISG （Integrated Starter ＆Generator ）的发动机（起动加强型，见图1）的起动过程进行了动力学仿真研究，建立了发动机起动过程阻力模型，应用Matlab /Simulink对发动机起动过程进行了模拟研究。文献
［4－5］
则进一步增加了ISG 发动机起动
在职研究生，工程师，主要研究发动机配气正时、动力附件运动仿真及结构男，山东烟台人，作者简介：徐立强（1982－），
强度分析。
收稿日期：2016－10－25
·40·
内燃机与动力装置2016年10
月
1
1．1
系统建模
模型描述
某BSG 混合动力发动机前端附件轮系布置如
图3所示，从曲轴减振皮带轮开始，逆着皮带传动方
BSG 带轮和双张紧向依次是空压机（AC ）、惰轮1、
图1
起动加强型发动机示意图
过程的试验研究。本文研究的混合动力发动机采用
BSG （Belt Driven Starter ＆Generator ）技术，它将传统发动机前端的发电机变更为起动/发电机一体机，见
BSG
电机作为起动机通图2。当发动机要起动时，
轮、惰轮2及水泵带轮（WP ）
。
图2BSG 发动机示意图
图3
BSG 发动机前端轮系布置图
过多楔带来驱动发动机运转，由于皮带具有弹性，因
此起动较为平顺，冲击小。发动机起动后，则作为传统发电机来进行发电。通过不同的控制策略来
全转速发电实现发动机的怠速起停、起动加速助力、及制动能量回收。本文通过应该EXCITE Timing
Drive 软件建立前端附件驱动模型［7］，通过仿真分析来研究BSG 混合动力发动机在上述复杂工况下的特性表现，识别并降低系统风险，以确保系统稳定运行。
［6］
带BSG 的混合动力发动机与传统发动机相比，
除具有发电工况外，还具有起动、加速助力和能量回收工况。发动机起动瞬间，整个前端轮系及曲柄连杆机构由静止开始运动，因此该工况仿真模型将曲柄连杆机构与前端驱动轮系相耦合，所建模型及三维显示见图4。其它工况为稳态工况，按常规的附件驱动轮系进行建模，模型如图5所示
。
图4BSG 起动仿真模型及三维显示
2016年第5期徐立强，等：某BSG
混动发动机前端附件驱动特性研究
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图5附件驱动仿真模型及三维显示
1．2边界条件
附件轮系驱动分析的主要边界条件是曲轴的转
速波动及各带轮的负载扭矩。BSG 电机在不同工况下其扭矩方向是变化的，起动和助力工况为正的驱
动力矩，而在发电和能量回收时为阻力矩。空压机
和水泵的扭矩在各工况下都是阻力矩，具体扭矩曲线见图6。稳定工况下曲轴的转速波动CITE Designer 曲轴扭振的计算结果
。
［8］
采用EX-
图6不同工况下的带轮扭矩
瞬态起动工况模型直接耦合了曲柄连杆机构，
考虑了相关零部件的质量、转动惯量及连接刚度和阻尼。由于一缸曲柄初始位置不同，起动时产生的缸压变化曲线也不同，相应的活塞受力、发动机扭矩也有差异。因此通过Boost 软件计算了曲柄初始位于上止点前90ʎ ，上止点后45ʎ 发动机点火产生的缸压变化曲线，见图7，将该缸内压力变化曲线施加到活塞顶部。根据测试，发动机起动静摩擦力矩约
［9］30Nm ，按照Steribeck 摩擦曲线进行摩擦扭矩的加载，具体见图8
。
图8起动摩擦力矩变化曲线
2驱动特性研究
对于皮带驱动附件轮系，一般通过皮带受力、张
紧轮的摆动、带轮打滑率及轴承载荷等来研究系统特性。2．1
发电工况
发电工况为发动机正常运转工况，BSG 电机跟传统发电机一样仅起发电作用。该工况下轮系运行如图9所示，与初始安装位置相比，张紧轮摆动角度
图7
起动缸压变化曲线
不大，各转速下的摆动角度如图10所示，低转速比高转速时张紧轮摆动角度大，这与低速时曲轴转速波动大相对应。曲轴带轮紧边皮带抖动如图11所
·42·
内燃机与动力装置2016年10月
示，抖动幅度在2mm 左右，运行比较稳定。发电工况下各带轮打滑率结果如图12所示，各带轮打滑率均在5%的限值范围内，说明在发动机正常运转发电时，不会出现带轮打滑噪声
。
图10
发电工况下张紧臂摆动
图9
发电工况下轮系运行与初始状态对比
图11
发电工况下紧边皮带抖动
图12发电工况下各带轮打滑率
2．2加速助力工况
BSG 电机扭矩为正，加速助力工况下，不消耗发动机扭矩，反而使发动机输出扭矩增加，从而实现对整车的加速助力。该工况下，皮带系统松边出现在BSG 电机带轮包角方向的左侧，因此该侧的张紧轮处于明显的张紧状态，系统运行位置见图13。由于此时空压机也处在系统松边位置，因此其在1000r /min 时出现打滑率超过5%的情况，见图14，这可能会引起打滑噪声，需在后期试验中进行关注，如有必要需增大空压机皮带包角。2．3
能量回收工况
BSG
电机阻力矩能量回收工况相比发电工况，
图13
助力工况下轮系运行与初始状态对比
变得更大，此时BSG 电机带轮包角方向的右侧为松
边，张紧轮的张紧状态比较明显，见图15。该工况下，各带轮打滑率均低于5%。曲轴带轮紧边皮带最大拉力变化曲线如图16所示，由于此时BSG 电
2016年第5期徐立强，等：某BSG
混动发动机前端附件驱动特性研究
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到怠速的时间不超过0．4s ，同时要注意频繁起动对
零部件可靠性的影响。
图17显示了发动机起动转速变化曲线，转速达到800r /min用时0．18s ，起动时间满足要求。但转速一直上升到2000r /min，这在车辆起动时容易产生噪声问题，引起顾客抱怨，需对BSG 电机扭矩曲线进行调整
。
图14
助力工况下空压机带轮打滑率
机阻力矩最大，因此紧边皮带拉力也最大，达到
3280N ，这需与皮带供应商对皮带强度进行确认
。
图17发动机起动转速变化曲线
图18显示了张紧臂在起动瞬间的摆动幅度，需
据此为张紧轮的摆动留出足够的空间，防止与周围
图15
能量回收工况下轮系运行与初始状态对比
零部件发生碰撞
。
图18
图16
紧边皮带最大拉力变化曲线
起动工况下张紧轮臂摆幅
2．4瞬态起动工况
混合动力发动机的起停功能，要求发动机起动
起动瞬间各带轮打滑率如图19所示，各带轮上的点在刚起动时打滑情况比较严重。系统运转起来后，当其再次经过该带轮时，打滑率均在合理范围内
。
图19起动瞬间各带轮打滑率
内燃机与动力装置2016年10月
选取皮带上不同位置点，查看其在起动过程中拉力变化。水泵带轮与曲轴减振皮带轮间皮带拉力最大，达到2348N ，见图20，但该力仍小于能量回收工况下的皮带拉力。2．5
各工况下带轮轴承受力
每个工况下均能计算出各带轮轴承随转速或时间变化的最大受力曲线，最大值统计见表1，经过分析可以得出：不同工况下处在系统紧边位置的带轮轴承载荷最大。在加速助力工况下，水泵带轮处在系统紧边位置，因此其载荷最大，此时需进一步校核轴承的强度，以免影响水泵密封和性能
。
图21
BSG
起动扭矩优化
图22
发动机转速变化曲线
图20水泵带轮与曲轴带轮间皮带某点拉力表1
各带轮轴承最大载荷统计
发电
17341160
助力29302821
能量回收32891997－1968－4631－21994545－1633－1451
起动19071825－727－1016－27651177－3668－1583
图23
水泵轴承Y 向受力变化
最大轴承载荷/N
Y 向
CＲK
Z 向Y 向
AC
Z 向Y 向
BSG
Z 向Y 向
WP
Z 向
－1577－1194－2354－1306－1263－46082148
1688
－1638－5593－1256－2608
发电及能量回收工况下的系统运行特动、加速助力、
性，能量回收工况下BSG 混合动力发动机皮带受力最大。加速助力工况下，空压机带轮打滑率超过5%，有可能产生打滑噪声，此时水泵轴承载荷也较大，这都与系统轮系设计布局有关。
（3）起动时BSG 扭矩的持续加载会使发动机转速不断上升。合理的BSG 扭矩加载，即能满足系统起动时间要求，还能避免出现NVH 问题。参考文献：
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（下转第70页）
3起动特性优化
初始的BSG 扭矩加载曲线使得发动机起动后
达到的转速较高，通过不断调整加载曲线，使得发动机既能在0．4s 内达到怠速转速，又使起动转速稳定在1000r /min左右，避免了NVH 问题。扭矩的调整也使水泵轴承受力得到优化。具体BSG 优化曲线及相应结果见图21 23。
4结语
（1）发动机匹配BSG 混合动力技术国内刚兴起，缺少针对性的验证手段和数据，无法与本文仿真内容直接印证，本文通过应用成熟的仿真软件及多体动力学分析方法进行的研究，有助于在设计阶段就识别系统存在的问题，降低系统开发风险。
（2）本文研究了某BSG
混合动力发动机的起
内燃机与动力装置2016年10月
3性能验证4总结
采取进气歧管优化、正时优化、增压器匹配性能提升方案后最终试验验证的结果如图34所示
。运用仿真分析软件工具，通过一系列准确的模拟计算，总结出以下规律：（1）准确的仿真分析预测对发动机开发有积极作用。发动机设计可以借助模拟分析软件进行概念阶段的性能预测，准确的模拟计算可以大大缩短开发周期，节省开发成本；（2）进气歧管管长、管径对增压发动机性能影响。进气歧管偏长，发动机进气效率较高，对中高速
图34
修正扭矩试验值
性能较好，且峰值点向中高速速偏移；管径偏小，发动机中高速进气效率较高，中高速段性能较好；（3）进排气凸轮包角对发动机性能的影响。对于4缸涡轮增压发动机，排气包角应在点火间隔角度180deg 左右，相反排气包角越大，充气效率越低，缸内残余废气量越大（尤其在低速区域），因此低速性能较差；进气包角过小，低速性能略好，但考虑到部分负荷的油耗特性，进气包角一般控制在200deg
图35
修正功率试验值
左右，在同样的IVO 安装位置下，更晚的IVC 角度能够有效降低泵气损失，拥有更好的经济性；（4）增压器匹配对发动机的性能的影响：对于增压发动机来讲，在兼顾发动机高速性能的前提下，因尽量选择低速高效率的增压器，重点提升发动机低速性能。参考文献：
图36修正油耗率试验值
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最终试验结果显示发动机达到性能目标：
最大功率125kW （5500r /min）、最大扭矩250N ·m （1900 4500r /min）、最低油耗率265g /kW·h 均能做到。分析模拟结果与实测值基本一致。
櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏（上接第44页）
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