汽车发动机起动过程的动力学仿真

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1、2005年6月重庆大学学报(自然科学版)Jun．2005第28卷第6期JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1．28No．6文章编号：1000—582X(2005)06一OOO4一O5汽车发动机起动过程的动力学仿真李红朋，秦大同，杨阳，徐佳曙(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030)摘要：发动机怠速自动起停是混合动力汽车的重要工作模式，它能避免发动机在怠速下运行，有效减少燃油消耗、尾气排放和发动机磨损．对混合动力汽车起步时发动机

2、起动动力学进行了系统研究，基于发动机起动过程的阻力特性的建模与仿真，提出了ISG电机驱动控制策略，建立了ISG电机一发动机的综合控制模型，进行了发动机起动过程中的动力学仿真．仿真结果表明，所采用的ISG电机满足快速起动发动机的时间要求．关键词：混合动力；发动机起动；ISG电机；动力性仿真中图分类号：U461．1文献标识码：AISG型混合动力汽车融合了传统燃油汽车和电动汽车的优点．通过发动机与ISG电机的最小程度耦合，能满足整车低排放、低油耗和低附加成本等综合要求，是一种最具开发应用潜力的清洁汽车．发动机怠

3、速自动起停是ISG型混合动力汽车的重要工作模式，车辆短暂停车时，能自动关闭发动机，车辆重新起步时，ISG电机快速起动发动机至设定转速，实现喷油点火．从而可避免发动机在怠速状态下运行，图1曲柄连杆机构受力示意图减少燃油消耗、尾气排放和发动机磨损．计算表明，在动，活塞处于压缩与排气行程时，压缩空气作负功，成ECE—EUDC工况下，混合动力汽车采用发动机自动为发动机的阻力矩；活塞处于吸气与作功行程时，压缩起停能提高整车燃油经济性1O％以上．空气作正功，驱动活塞运动．计算公式为⋯：混合动力汽车发动机的起动性能主要

4、取决于发动=(P一P0)srK(1)机工作状态和电机控制方式．为了达到发动机起动时式中：p——气缸内的压力；间的要求(不超过0．4s)，对混合动力汽车起步时发P。——大气压力；动机阻力特性进行分析，并对ISG电机进行有效的驱S——活塞顶部的有效面积；动控制，显得十分重要．一曲柄半径；1发动机起动过程阻力模型K—一转换系数，大小为厂———=_——一发动机起动过程中的阻力主要有：气缸压缩阻力、K=sin0+÷slni0cos0／^／1一(--7in)；0V活塞环的摩擦阻力、活塞裙部的摩擦阻力、气门机构摩曲柄的

5、转角；擦阻力、活塞组往复运动惯性力以及附属部件的运行2——连杆的长度．阻力．这些阻力作用在曲轴上，产生相应的阻力矩、1．2活塞摩擦阻力矩、，、、、、(图1)．，．根据发动机起动时的机体温度和润滑油流动状1．1气缸内压缩空气的阻力矩态，发动机起动可分为冷起动与热起动．对应不同的起压缩空气直接作用在活塞顶部，推动活塞往复运动过程，活塞摩擦阻力是不同的．·收稿日期：2005—03—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(50475067)；重庆市自然科学基金(8718)；江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目

6、(Q~OO4O3)作者简介：李红朋(1979一)，男，湖南安仁人，重庆大学硕士研究生，主要从事混合动力汽车的研究．第28卷第6期李红朋，等：汽车发动机起动过程的动力学仿真5活塞摩擦阻力矩由活塞环摩擦阻力矩，和活塞=0。[(P+P)D(n。+0．4n)(8)，裙部摩擦阻力矩构成．式中：a——活塞环形状系数；1．2．1冷起动时活塞摩擦阻力矩——润滑机油的运动粘度；在发动机冷起动的过程中，润滑机油粘度大、流动——活塞环厚度；性差，需要几分钟到十几分钟才能完全达到各摩擦部D——气缸直径；件】，另外在低温情况下，活

7、塞环与气缸，活塞与气缸n——油环个数；之间间隙较大，不可能形成润滑油膜．因此发动机冷起——气环个数．动时的润滑状态为边界润滑，摩擦阻力系数可视为活塞裙部一缸套摩擦力对曲轴的阻力矩：常数引．。=0(77÷)DMrll(9)式中：0——油膜厚度的影响系数；h——油膜厚度；——活塞裙部的长度．1．3气门机构的磨擦阻力矩Staron与Willermet对气门机构的磨擦阻力的研究表明，气门机构的磨擦阻力发生在凸轮／挺杆、摇臂／气门支点之间．摩擦阻力矩计算公式为：：．(1o)．0t1)式中：G——单个气缸内气门的数量

8、；图2活塞受力示惫图——由活塞受力图(图2)可得以下方程：，气门弹簧的载荷；∞——曲轴角速度．Nl=(P+P)s，，(2)Tlsi+Ⅳ2一Nl=0，(3)1．4附属部件运行阻力矩包括水泵、机油泵、燃油泵、发电机等附属部件F=p．Nl，(4)F=Ⅳ2．(5)的运行阻力矩及空载下曲轴和凸轮轴的磨擦阻力矩，联立式(2)一(5)求解可得活塞环一缸套摩擦力对曲大小与曲轴转速成正比，可以表示为：轴的阻力矩：=a377∞，(11)=(P觯+