潘發(fā)存，韓金輝，李麗麗，馮海浩，代子陽

（濰柴動力股份有限公司， 山東 濰坊 261000）

柴油機因具有較強的動力性、經(jīng)濟性，從而做為主要動力輸出，廣泛用于汽車、輪船、發(fā)電、軍工等方面［1-3］。隨著地球上化石燃料等一次能源的減少以及日益惡化的生存環(huán)境，柴油機的排放法規(guī)不斷升級，人們節(jié)能減排的意識不斷提高，柴油機的開發(fā)也隨之向低油耗，低排放方向發(fā)展。影響發(fā)動機油耗和排放的參數(shù)很多，主要包括：共軌管壓力、主噴時刻、廢氣再循環(huán)等參數(shù)，不同參數(shù)組合方案對發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性能的影響差異較大［4-7］。因此，在發(fā)動機性能開發(fā)時選取的方案要同時兼顧經(jīng)濟性和排放性能。

模糊層次法（FAHP）是20 世紀70 年代美國運籌學(xué)T.L.Saaty 教授提出的一種定量與定性相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。該方法對于量化評價指標,選擇最優(yōu)方案提供了依據(jù), 并得到了廣泛的應(yīng)用［8-11］。

本文主要闡述了在發(fā)動機性能開發(fā)時，首先通過試驗設(shè)計（Design of Experiments DOE），將影響發(fā)動機性能的變量如：共軌管壓力、主噴時刻、廢氣再循環(huán)等通過不同排列組合設(shè)計出多種試驗方案；將所設(shè)計的所有方案分別在發(fā)動機試驗臺架上進行試驗，分析試驗數(shù)據(jù)，然后根據(jù)試驗結(jié)果優(yōu)化掉明顯不符合標定的方案；將剩余方案利用模糊層次法計算出相應(yīng)權(quán)重，從而確定優(yōu)選方案。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗樣機

試驗用柴油機技術(shù)規(guī)格如表1 所示。

表1 柴油機主要參數(shù)

1.2 試驗設(shè)計（DOE）

以1 480 r·min-1@780N·m 工況為例，研究不同軌壓、提前角、廢氣再循環(huán)參數(shù)組合對發(fā)動機性能差異的影響。通過設(shè)計40 種不同的方案，針對每種試驗方案均利用發(fā)動機試驗臺架進行試驗，試驗過程中使用EATS 公司的INCA7.1 標定軟件進行電控數(shù)據(jù)標定，使用湘儀的電力測功機控制發(fā)動機的運行工況，使用日本HORIBA 公司的直采氣體分析儀測量發(fā)動機尾氣中的NOx等成分。分析試驗結(jié)果，40 種不同試驗方案對應(yīng)40 種不同的結(jié)果，將這40種結(jié)果中明顯差的點進行優(yōu)化、篩除，剩余6 種方案如表2 所示。

表2 試驗結(jié)果

2 基于模糊層次法的方案優(yōu)選

2.1 層次模型建立

將發(fā)動機性能標定方案優(yōu)選作為目標層，燃油消耗率、NOx比排放、煙度等技術(shù)指標作為準則層，6 種標定方案作為方案層，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)的模型，如圖1 所示。

圖1 性能標定方案優(yōu)選模型

2.2 構(gòu)建模糊一致性矩陣

根據(jù)所開發(fā)柴油機性能要求，初步確定各項性能指標的重要性從大到小排序依次為：燃油消耗率、NOx比排放、483 煙度。以矩陣的形式表達因素對上層某個層次的重要程度。其矩陣元素確定方式如下：（1）當(dāng)因素優(yōu)于因素時，因素取值為1；（2）當(dāng)因素優(yōu)劣相同時，因素取值為0.5；（3）當(dāng)因素劣于因素時，元素取值為0。因此組建模糊判斷矩陣如下：

通過表2 中的數(shù)據(jù)，得到模糊一致矩陣：F1、F2、F3。

在運用模糊層次法進行優(yōu)選時，最重要的是建立正確的模糊一致矩陣，對模糊矩陣進行求和計算，記為：；同時，由數(shù)學(xué)變換建立模糊一致矩陣。

將F1、F2、F3、F4 全部轉(zhuǎn)化為模糊一致矩陣R1、R2、R3、R4。

2.3 層次單排序

層次單排序是指針對上層因素，對該層全部元素的重要性和優(yōu)選權(quán)重排序。其公式為：，m為矩陣階數(shù)。由計算公式得各指標權(quán)重為：W=［0 .5000.3330.167］T，然后用相同的方法分別計算出R1、R2、R3 所對應(yīng)的權(quán)重W1、W2、W3 為：

2.4 層次總排序

將所得到的W以及W1、W2、W3、W4 的計算結(jié)果，計算層次總排序為：

根據(jù)層次總排序向量，得到6 種標定方案的相對優(yōu)劣順序為1#、2#、5#、6#、4#、3#，即1#為最佳方案。

4 結(jié) 論

1）性能標定方案優(yōu)選的過程中，涉及到多個指標的評價，優(yōu)選困難，根據(jù)模糊層次法為性能標定方案的優(yōu)選建立了科學(xué)、高效、合理的決策模型。

2）根據(jù)實例進行將試驗結(jié)果計算分析表明，運用模糊層次法對發(fā)動機性能標定方案進行綜合評估是適用的、有效的。為發(fā)動機標定方案的優(yōu)選提供了全新的思路。