模糊层次法在柴油机性能开发中的应用研究

2024-01-16潘发存韩金辉李丽丽冯海浩代子阳

辽宁化工 2023年12期

潘发存，韩金辉，李丽丽，冯海浩，代子阳

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261000）

柴油机因具有较强的动力性、经济性，从而做为主要动力输出，广泛用于汽车、轮船、发电、军工等方面［1-3］。随着地球上化石燃料等一次能源的减少以及日益恶化的生存环境，柴油机的排放法规不断升级，人们节能减排的意识不断提高，柴油机的开发也随之向低油耗，低排放方向发展。影响发动机油耗和排放的参数很多，主要包括：共轨管压力、主喷时刻、废气再循环等参数，不同参数组合方案对发动机经济性、排放性能的影响差异较大［4-7］。因此，在发动机性能开发时选取的方案要同时兼顾经济性和排放性能。

模糊层次法（FAHP）是20 世纪70 年代美国运筹学T.L.Saaty 教授提出的一种定量与定性相结合的系统分析方法。该方法对于量化评价指标,选择最优方案提供了依据, 并得到了广泛的应用［8-11］。

本文主要阐述了在发动机性能开发时，首先通过试验设计（Design of Experiments DOE），将影响发动机性能的变量如：共轨管压力、主喷时刻、废气再循环等通过不同排列组合设计出多种试验方案；将所设计的所有方案分别在发动机试验台架上进行试验，分析试验数据，然后根据试验结果优化掉明显不符合标定的方案；将剩余方案利用模糊层次法计算出相应权重，从而确定优选方案。

1 试验设计

1.1 试验样机

试验用柴油机技术规格如表1 所示。

表1 柴油机主要参数

1.2 试验设计（DOE）

以1 480 r·min-1@780N·m 工况为例，研究不同轨压、提前角、废气再循环参数组合对发动机性能差异的影响。通过设计40 种不同的方案，针对每种试验方案均利用发动机试验台架进行试验，试验过程中使用EATS 公司的INCA7.1 标定软件进行电控数据标定，使用湘仪的电力测功机控制发动机的运行工况，使用日本HORIBA 公司的直采气体分析仪测量发动机尾气中的NOx等成分。分析试验结果，40 种不同试验方案对应40 种不同的结果，将这40种结果中明显差的点进行优化、筛除，剩余6 种方案如表2 所示。

表2 试验结果

2 基于模糊层次法的方案优选

2.1 层次模型建立

将发动机性能标定方案优选作为目标层，燃油消耗率、NOx比排放、烟度等技术指标作为准则层，6 种标定方案作为方案层，以此为基础构建层次结构的模型，如图1 所示。

图1 性能标定方案优选模型

2.2 构建模糊一致性矩阵

根据所开发柴油机性能要求，初步确定各项性能指标的重要性从大到小排序依次为：燃油消耗率、NOx比排放、483 烟度。以矩阵的形式表达因素对上层某个层次的重要程度。其矩阵元素确定方式如下：（1）当因素优于因素时，因素取值为1；（2）当因素优劣相同时，因素取值为0.5；（3）当因素劣于因素时，元素取值为0。因此组建模糊判断矩阵如下：

通过表2 中的数据，得到模糊一致矩阵：F1、F2、F3。

在运用模糊层次法进行优选时，最重要的是建立正确的模糊一致矩阵，对模糊矩阵进行求和计算，记为：；同时，由数学变换建立模糊一致矩阵。

将F1、F2、F3、F4 全部转化为模糊一致矩阵R1、R2、R3、R4。