李岳，寧智，呂明，智鑫

(1.北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京 100044；2.北京交通大學(xué)新能源汽車動(dòng)力總成技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

燃油經(jīng)濟(jì)性是開發(fā)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)重點(diǎn)考慮的指標(biāo)之一。各種關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用是提高混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的主要手段。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和迅猛發(fā)展，各種關(guān)鍵技術(shù)層出不窮，在開發(fā)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，需要明確各關(guān)鍵技術(shù)的作用，以便合理地選擇并運(yùn)用。

可以采用多種關(guān)鍵技術(shù)改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性：高壓縮比技術(shù)可以使缸內(nèi)高溫混合氣充分做功釋放能量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性[1-2]；VVT技術(shù)的運(yùn)用可以控制合理的進(jìn)排氣正時(shí)，使換氣過程更完善，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率[3-5]；相比于奧拓循環(huán)，米勒循環(huán)可以減小泵氣損失，也是提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的關(guān)鍵技術(shù)之一[6-7]；EGR技術(shù)將廢氣引入氣缸再次參與燃燒，可以減小節(jié)流損失和傳熱損失，而改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性[8-10]。

國內(nèi)外針對(duì)單個(gè)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響已經(jīng)做了大量的研究，得出了相應(yīng)的影響規(guī)律，并對(duì)產(chǎn)生影響的原因進(jìn)行了分析。但是，針對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上同時(shí)應(yīng)用并分析各關(guān)鍵技術(shù)的影響和交互作用的研究極少，因此，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)改善對(duì)標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性作用進(jìn)行綜合評(píng)估及研究具有重要的意義。

本研究基于GT-Power仿真模型，首先對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)對(duì)標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率的影響進(jìn)行了敏感度分析，隨后利用正交組合設(shè)計(jì)的方法研究了各關(guān)鍵技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響權(quán)重，并分析了部分關(guān)鍵技術(shù)的交互作用。

1 仿真模型的建立及標(biāo)定

以1臺(tái)3缸增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。結(jié)合3缸增壓直噴汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用GT-Power軟件，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程仿真模型(見圖1)。缸內(nèi)燃燒模型采用湍流火焰燃燒模型即SITurb模型，對(duì)缸內(nèi)的燃燒放熱進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算；傳熱模型中利用Woschni半經(jīng)驗(yàn)公式求解各部分的傳熱系數(shù)，在給定壁面面積和壁面初始溫度的情況下，對(duì)缸內(nèi)的傳熱過程進(jìn)行計(jì)算；將發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流動(dòng)過程看成一維非定常流動(dòng)，對(duì)進(jìn)排氣過程中氣體流動(dòng)的壓力損失和傳熱過程進(jìn)行計(jì)算。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型

為了保證所建立汽油發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型的準(zhǔn)確性，使用ModeFrontier優(yōu)化軟件與GT-Power軟件相耦合，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化標(biāo)定。將仿真模型中的相關(guān)系數(shù)，性能參數(shù)和臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別用作優(yōu)化變量，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化標(biāo)定。

模型標(biāo)定在負(fù)荷為1.4 MPa,轉(zhuǎn)速為3 000 r/min工況下進(jìn)行。利用標(biāo)定后的仿真模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程進(jìn)行計(jì)算，將發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證仿真模型計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。圖2分別示出標(biāo)定后仿真計(jì)算的缸壓和放熱率與試驗(yàn)值的對(duì)比，表2示出標(biāo)定后發(fā)動(dòng)機(jī)輸出性能與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。

圖2 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

性能參數(shù)仿真試驗(yàn)誤差/%功率/kW40.842.54.0扭矩/N·m134.9129.73.8燃油消耗率/g·(kW·h)-1242.2234.43.2

從計(jì)算結(jié)果可以看出，利用標(biāo)定后的仿真模型計(jì)算得到的缸壓曲線與試驗(yàn)所得的原機(jī)缸壓曲線吻合較好，峰值壓力和峰值壓力對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角與試驗(yàn)結(jié)果相差較小。仿真計(jì)算得到的放熱率曲線與試驗(yàn)放熱率曲線基本一致，峰值放熱率和峰值放熱率對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角與試驗(yàn)結(jié)果相差較小。同時(shí)從表2中可知，模型計(jì)算所得的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩和燃油消耗率的誤差均小于5%。因此認(rèn)為標(biāo)定后的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。

2 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的敏感度分析

各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率也將隨之變化，但不同技術(shù)參數(shù)變化所對(duì)應(yīng)的燃油消耗率變化程度會(huì)有所差別，即關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性影響的敏感程度不同。研究并量化不同關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的敏感程度，將對(duì)后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)時(shí)應(yīng)用并優(yōu)化這些關(guān)鍵技術(shù)起到重要的作用。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與燃油消耗率映射關(guān)系的建立

利用標(biāo)定后的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型，在高效率工況點(diǎn)(負(fù)荷為1.4 MPa,轉(zhuǎn)速為3 000 r/min)分別改變單個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算。在計(jì)算時(shí)單個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化，同時(shí)保證其他關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn)值不變。其中，進(jìn)氣正時(shí)即進(jìn)氣門開啟時(shí)刻的基準(zhǔn)值為320.1°，變化范圍為280.1°～340.1°曲軸轉(zhuǎn)角，步長(zhǎng)為10°曲軸轉(zhuǎn)角；排氣正時(shí)即排氣門關(guān)閉時(shí)刻的基準(zhǔn)值為392.1°曲軸轉(zhuǎn)角，變化范圍為372.1°～432.1°曲軸轉(zhuǎn)角，步長(zhǎng)為10°曲軸轉(zhuǎn)角；米勒度是指在原機(jī)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻的基礎(chǔ)上進(jìn)一步晚關(guān)的角度，其基準(zhǔn)值為30°曲軸轉(zhuǎn)角，原機(jī)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻為585.1°曲軸轉(zhuǎn)角，米勒度為30°曲軸轉(zhuǎn)角是指將進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻推遲到615.1°曲軸轉(zhuǎn)角，變化范圍為0°～60°曲軸轉(zhuǎn)角，步長(zhǎng)為10°曲軸轉(zhuǎn)角； EGR率的基準(zhǔn)值為3%，變化范圍為0%～18%，步長(zhǎng)為3%；壓縮比的基準(zhǔn)值為11，變化范圍為9.5～12.5，步長(zhǎng)為0.5。

圖3示出不同關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)變化時(shí)，燃油消耗率的變化趨勢(shì)。從圖3中可以看出，燃油消耗率隨進(jìn)氣正時(shí)、排氣正時(shí)、米勒度和EGR率的變化趨勢(shì)較為接近，隨這些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的增大呈先減小后增大的趨勢(shì)，其中隨排氣正時(shí)的變化幅度最大，而隨米勒度的變化幅度最??；燃油消耗率隨壓縮比的增大呈迅速減小的趨勢(shì)。

圖3 燃油消耗率的變化情況

通過二次回歸的方法，分別對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)變化對(duì)燃油消耗率影響的趨勢(shì)進(jìn)行回歸處理，得到了各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與燃油消耗率的映射關(guān)系，即回歸模型，如式(1)～式(5)所示。

Ybe=820.694 45-3.847 31x1+0.006 21x12;

(1)

Ybe=3 304.067 04-15.432 84x2+0.019 34x22;

(2)

Ybe=225.278 86-0.060 46x3+0.002 03x32;

(3)

Ybe=227.961 63-135.867 8x4+1 229.032 94x42;

(4)

Ybe=416.252 81-29.308 6x5+1.084 61x52。

(5)

式中：Ybe為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率；x1為進(jìn)氣正時(shí)；x2為排氣正時(shí)；x3為米勒度；x4為EGR率；x5為壓縮比。

對(duì)以上回歸模型進(jìn)行方差分析，可得顯著性檢驗(yàn)P值，且P<0.01，說明回歸模型是極顯著的。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度研究

通過以上分析獲得了各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)燃油消耗率的影響規(guī)律，同時(shí)建立了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與燃油消耗率之間的映射關(guān)系。但每個(gè)技術(shù)參數(shù)的量綱不同，各影響因素敏感度之間無法進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，需要進(jìn)行無量綱處理。

定義燃油消耗率的相對(duì)變化量為δY=|ΔY|/Y，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)xk的相對(duì)變化量為δxk=|Δxk|/xk，前者與后者相除就是關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)xk的敏感度函數(shù)Sk(xk)。

(6)

當(dāng)|Δxk|/xk較小時(shí)，Sk(xk)可近似轉(zhuǎn)化為

(7)

將求得的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的回歸模型代入式(7)中，可以得到關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度函數(shù)。根據(jù)敏感度函數(shù)可以得到各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度變化曲線，結(jié)果見圖4。

從圖4中可以看出：隨著進(jìn)氣門開啟時(shí)刻的增加，進(jìn)氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度先減小后增加，當(dāng)進(jìn)氣正時(shí)取基準(zhǔn)值320.1°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度值為1.82×10-1。隨著排氣門關(guān)閉時(shí)刻的增加，排氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度先減小后增加，且相比于進(jìn)氣正時(shí)，下降和增加的幅度較大，當(dāng)排氣正時(shí)取基準(zhǔn)值392.1°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，排氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度值為4.62×10-1。

圖4 敏感度的變化情況

隨著米勒度的增加，燃油消耗率對(duì)米勒度的敏感度呈逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)米勒度小于20°時(shí)敏感度增加緩慢，大于20°時(shí)敏感度快速增加，當(dāng)米勒度取基準(zhǔn)值30°時(shí)，米勒度對(duì)燃油消耗率的敏感度值為8.17×10-3。當(dāng)EGR率小于3%時(shí)，隨著EGR率增加，燃油消耗率對(duì)EGR率的敏感度緩慢增加且增加幅度較小，當(dāng)EGR率大于3%小于6%時(shí)，敏感度隨著EGR率增加緩慢下降，當(dāng)EGR率大于6%時(shí)，敏感度快速增加且增長(zhǎng)幅度較大；EGR率取基準(zhǔn)值為3%時(shí)，燃油消耗率關(guān)于EGR率的敏感度值為8.28×10-3。隨著壓縮比的增大，燃油消耗率對(duì)壓縮比的敏感度呈逐漸下降的趨勢(shì)，且下降幅度逐漸增大；壓縮比取基準(zhǔn)值11時(shí)，壓縮比對(duì)燃油消耗率的敏感度值為2.84×10-1。

圖5示出各關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)取基準(zhǔn)值時(shí)，不同關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)燃油消耗率的敏感度值。綜合以上分析并結(jié)合圖5可以得出，不同關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率的敏感度相差較大。其中，排氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度最大，其次是壓縮比和進(jìn)氣正時(shí)，這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)燃油消耗率的敏感度較大且均超過了0.15，米勒度和EGR率的敏感度則較小，均低于0.01。研究結(jié)果表明，在所研究的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，VVT技術(shù)和高壓縮比技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大，米勒循環(huán)技術(shù)和EGR技術(shù)的影響相對(duì)較小。

圖5 敏感度值

結(jié)合圖3分析可得，當(dāng)排氣正時(shí)以10°曲軸轉(zhuǎn)角的步長(zhǎng)變化時(shí)，燃油消耗率下降幅度最小為1.6 g/(kW·h)，最大為13.5 g/(kW·h)，排氣正時(shí)在基準(zhǔn)值附近變化時(shí)，燃油消耗率會(huì)發(fā)生0.8%的變化。當(dāng)進(jìn)氣正時(shí)以10°曲軸轉(zhuǎn)角的步長(zhǎng)變化時(shí)，燃油消耗率下降幅度最小為0.1 g/(kW·h)，最大為4.3 g/(kW·h)，進(jìn)氣正時(shí)在基準(zhǔn)值附近變化時(shí)，燃油消耗率會(huì)發(fā)生0.3%的變化。當(dāng)壓縮比以0.5的步長(zhǎng)變化時(shí)，燃油消耗率下降幅度最小為1.7 g/(kW·h)，最大為4.5 g/(kW·h)，壓縮比在基準(zhǔn)值附近變化時(shí)，燃油消耗率會(huì)發(fā)生0.7%的變化。當(dāng)米勒度以10°曲軸轉(zhuǎn)角的步長(zhǎng)變化時(shí)，燃油消耗率下降幅度最小為0.1 g/(kW·h)，最大為1.6 g/(kW·h)，米勒度在基準(zhǔn)值附近變化時(shí)，燃油消耗率會(huì)發(fā)生0.05%的變化。當(dāng)EGR率以3%的步長(zhǎng)變化時(shí)，燃油消耗率下降幅度最小為0.1 g/(kW·h)，最大為9.3 g/(kW·h)，EGR率在基準(zhǔn)值附近變化時(shí)，燃油消耗率會(huì)發(fā)生0.05%的變化。

燃油消耗率隨關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)變化的幅度越大，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度越大。因此關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度從大到小排序?yàn)榕艢庹龝r(shí)、壓縮比、進(jìn)氣正時(shí)、EGR率、米勒度。

3 關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響權(quán)重分析

將四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)看作四個(gè)影響因素，其中，因素A為米勒循環(huán)技術(shù)，因素B為高壓縮比技術(shù)，因素C為VVT技術(shù)，因素D為EGR技術(shù)。每個(gè)影響因素取兩個(gè)水平，水平1表示不采用該技術(shù)，水平2表示采用該技術(shù)。以燃油消耗率為考核指標(biāo)進(jìn)行正交組合設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行正交組合設(shè)計(jì)時(shí)，考慮因素之間的交互作用，正交設(shè)計(jì)計(jì)算的次數(shù)應(yīng)不少于(2-1)×4+(2-1)×(2-1)×4+1=9，所以選用的正交表的行數(shù)≥9，因此選擇L16(215)的正交表比較合適，表頭設(shè)計(jì)采用L16(215)的交互列表[11]。其中，共考慮A×B，A×C，B×C，A×D，B×D和C×D這6種因素之間的交互作用，得到如表3所示的正交表。

表3 正交表

根據(jù)正交表，在負(fù)荷為1.4 MPa,轉(zhuǎn)速為3 000 r/min工況下進(jìn)行仿真計(jì)算。在仿真計(jì)算時(shí)，以燃油消耗率最低為目標(biāo)，對(duì)采用的關(guān)鍵技術(shù)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，同時(shí)優(yōu)化噴油正時(shí)和點(diǎn)火時(shí)刻。得到如表4所示的正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。

可以看出，當(dāng)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)同時(shí)采用時(shí)燃油消耗率下降最多，燃油經(jīng)濟(jì)性最好。通過對(duì)正交設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行極差分析，來計(jì)算各關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響權(quán)重。

表4 正交設(shè)計(jì)結(jié)果

表5 計(jì)算結(jié)果的極差分析

從表5中可以得出，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率來說，各關(guān)鍵技術(shù)影響作用從大到小的順序?yàn)锽，C，A，D。假設(shè)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響權(quán)重的和為1，則可以得出各關(guān)鍵技術(shù)的影響權(quán)重(見圖6)。影響權(quán)重越大表明該關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響程度越大。

圖6 影響權(quán)重

從圖6中可以得出，在四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，高壓縮比技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響權(quán)重最大，雖然采用高壓縮比技術(shù)有助于改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，但壓縮比的提高會(huì)加劇發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的傾向。影響權(quán)重第二大的是VVT技術(shù)，表明合理的配氣正時(shí)有助于改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。米勒循環(huán)技術(shù)的影響權(quán)重較小，其可以在一定程度上改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。影響權(quán)重最小的是EGR技術(shù)，其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響不明顯。

圖7示出各因素對(duì)燃油消耗率的影響效應(yīng)曲線。從圖中可以明顯看出，高壓縮比技術(shù)改善燃油經(jīng)濟(jì)性的作用最明顯，采用高壓縮比技術(shù)后，燃油消耗率的均值由237.1 g/(kW·h)迅速下降到220.34 g/(kW·h)；采用VVT技術(shù)后，燃油消耗率的均值下降了4.86 g/(kW·h)，燃油經(jīng)濟(jì)性得到了一定程度的改善；米勒循環(huán)技術(shù)和EGR技術(shù)的效應(yīng)曲線斜率較小，其中米勒循環(huán)技術(shù)的斜率稍大，表明采用米勒循環(huán)技術(shù)后可以一定程度改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，而采用EGR技術(shù)后，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果不明顯。這與圖6得到的結(jié)論也是一致的。

圖7 因素對(duì)燃油消耗率的影響效應(yīng)曲線

4 關(guān)鍵技術(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的交互作用分析

根據(jù)正交設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)間的交互作用進(jìn)行分析。對(duì)兩個(gè)技術(shù)之間的交互作用進(jìn)行考察，即對(duì)正交表中的交互作用列A×B，A×C，B×C，A×D，B×D和C×D進(jìn)行分析。通過極差分析的方法，可以得到交互作用列的分析結(jié)果(見表6)。

表6 交互作用的極差分析

從表6中可以看出，交互作用列的極差值由大到小的順序?yàn)锳×B，B×C，A×D，A×C，B×D，C×D，極差值的大小表明交互作用列中兩因素之間的交互作用的大小，極差值越大交互作用越大。其中C×D列的極差值最小，為0.07，這表明因素C和因素D之間的交互作用最小，由于極差值接近于零，其交互作用可忽略；A×B列的極差值最大，為2.58，說明米勒循環(huán)技術(shù)(因素A)和高壓縮比技術(shù)(因素B)之間有明顯的交互作用；剩余交互作用列的極差值介于1.73和2.58之間，表明其所在列的兩個(gè)因素之間存在一定的交互作用。

當(dāng)兩個(gè)因素之間存在交互作用時(shí)，一個(gè)因素的水平變化時(shí)會(huì)引起另一個(gè)因素改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的程度發(fā)生變化，交互作用越強(qiáng)，變化越大。交互作用具體可以變現(xiàn)為相互抑制和相互促進(jìn)兩種情況。為了進(jìn)一步研究關(guān)鍵技術(shù)之間的交互作用的具體表現(xiàn)，分別對(duì)上述存在交互作用的因素進(jìn)行更深一步的分析。對(duì)存在交互作用的兩種關(guān)鍵技術(shù)，在不同水平組合下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率進(jìn)行仿真計(jì)算。圖8示出不同因素水平組合下燃油消耗率的下降幅度。圖中1代表采用，2代表不采用。

圖8 燃油消耗率下降幅度

從圖8a中可以看出，單獨(dú)使用米勒循環(huán)技術(shù)和高壓縮比技術(shù)時(shí)燃油消耗率的下降幅度之和小于兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)的下降幅度，同時(shí)采用時(shí)下降幅度增加了0.93 g/(kW·h)。這表明米勒循環(huán)技術(shù)和高壓縮比技術(shù)之間存在相互促進(jìn)的交互作用，兩種技術(shù)同時(shí)使用有助于燃油消耗率的進(jìn)一步降低，從而更好地改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。分析原因，米勒循環(huán)可以減小泵氣損失，高壓縮比可以使燃燒做功更加充分，同時(shí)米勒循環(huán)減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的有效壓縮比，從而抑制高壓縮比導(dǎo)致的爆震現(xiàn)象，采用高壓縮比可以增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)可以彌補(bǔ)相互的缺點(diǎn)，進(jìn)一步降低燃油消耗率，所以在改善燃油經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)為相互促進(jìn)的作用。

從圖8b中可以看出，單獨(dú)采用米勒循環(huán)技術(shù)和單獨(dú)采用VVT技術(shù)時(shí)燃油消耗率下降幅度之和大于兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)的下降幅度，同時(shí)采用時(shí)下降幅度減小了0.76 g/(kW·h)。這表明米勒循環(huán)技術(shù)和VVT技術(shù)之間的交互作用表現(xiàn)為互相抑制。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是，采用VVT技術(shù)會(huì)改變進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，而米勒循環(huán)主要靠推遲進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻來實(shí)現(xiàn)，兩種技術(shù)存在沖突，同時(shí)采用時(shí)，減小泵氣損失的效果變?nèi)?，進(jìn)而燃油消耗率的下降幅度減小，從而導(dǎo)致二者間表現(xiàn)為相互抑制的作用。

從圖8c中可以看出，單獨(dú)采用高壓縮比技術(shù)和單獨(dú)采用VVT技術(shù)時(shí)燃油消耗率下降幅度之和大于兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)的下降幅度，同時(shí)采用時(shí)下降幅度減小了0.84 g/(kW·h)。這表明高壓縮比技術(shù)和VVT技術(shù)之間的交互作用也表現(xiàn)為互相抑制。

從圖8d中可以看出，單獨(dú)采用米勒循環(huán)技術(shù)和單獨(dú)采用EGR技術(shù)時(shí)燃油消耗率下降幅度之和大于兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)的下降幅度，同時(shí)采用時(shí)下降幅度減小了0.77 g/(kW·h)。這表明米勒循環(huán)技術(shù)和EGR技術(shù)之間的交互作用也表現(xiàn)為互相抑制。由于米勒循環(huán)會(huì)減少缸內(nèi)新鮮氣體的進(jìn)氣量，而EGR的引入會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)廢氣增多，進(jìn)而阻礙缸內(nèi)燃燒過程，兩種技術(shù)都使燃燒過程惡化，改善燃油經(jīng)濟(jì)性的效果變?nèi)酰詢煞N技術(shù)表現(xiàn)為相互抑制。

從圖8e中可以看出，兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)燃油消耗率的下降幅度大于單獨(dú)采用高壓縮比技術(shù)和單獨(dú)采用EGR技術(shù)時(shí)燃油消耗率下降幅度之和，同時(shí)采用時(shí)下降幅度增加了0.61 g/(kW·h)。這表明高壓縮比技術(shù)和EGR技術(shù)之間的交互作用表現(xiàn)為互相促進(jìn)的現(xiàn)象，兩種技術(shù)同時(shí)采用時(shí)有助于進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善。壓縮比的提高可以促進(jìn)缸內(nèi)混合氣的壓縮，提高缸內(nèi)溫度和壓力，進(jìn)而使燃燒更加充分，這就彌補(bǔ)了EGR引入后對(duì)燃燒的阻礙作用，兩種技術(shù)共同作用下，燃燒更加充分且節(jié)流損失減小，燃油消耗率進(jìn)一步改善，因此這兩種技術(shù)表現(xiàn)為相互促進(jìn)的作用。

5 結(jié)論

a) 不同關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率的敏感度相差較大，敏感度值從大到小的順序分別為排氣正時(shí)，壓縮比，進(jìn)氣正時(shí)，EGR率，米勒度，其中，排氣正時(shí)、壓縮比和進(jìn)氣正時(shí)對(duì)燃油消耗率的敏感度較大，均超過了0.15，EGR率和米勒度的敏感度則較小，均低于0.01；

b) 當(dāng)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)同時(shí)采用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性得到最大程度的改善，高壓縮比技術(shù)改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的作用最大，其次是VVT技術(shù)，米勒循環(huán)技術(shù)的影響權(quán)重較小，而EGR技術(shù)的作用最小；

c) 不同關(guān)鍵技術(shù)之間的交互作用不同：表現(xiàn)為相互促進(jìn)的是高壓縮比技術(shù)和EGR技術(shù)、米勒循環(huán)技術(shù)和高壓縮比技術(shù)，其中后者的促進(jìn)作用較大；表現(xiàn)為相互抑制的是米勒循環(huán)技術(shù)和EGR技術(shù)、米勒循環(huán)技術(shù)和VVT技術(shù)以及高壓縮比技術(shù)和VVT技術(shù)，其中高壓縮比技術(shù)和VVT技術(shù)之間的抑制作用最大，米勒循環(huán)技術(shù)和EGR技術(shù)抑制作用最小。