一种高效低排放发动机技术参数决策方法技术

本发明专利技术属于决策方法，具体涉及一种高效低排放发动机技术参数决策方法。一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，包括下述内容：步骤1：确定研究对象及决策目标；步骤2：确定备选技术并设定相应变量名；步骤3：建立发动机性能计算函数；步骤4：建立决策计算函数；步骤5：输出计算结果。本发明专利技术的显著效果是：(1)使用拟合函数代替传统性能仿真软件中复杂的计算方程，使决策运算速度大幅提升，(2)利用决策计算函数调用此性能计算函数，实现了在有效热效率、爆震因子、排放标准多个指标约束条件下，以最低费效比为优化目标的技术及参数综合决策。最低费效比为优化目标的技术及参数综合决策。最低费效比为优化目标的技术及参数综合决策。

【技术实现步骤摘要】
一种高效低排放发动机技术参数决策方法


[0001]本专利技术属于决策方法，具体涉及一种高效低排放发动机技术参数决策方法。

技术介绍

[0002]在发动机的正向开发过程中，工程师们需要快速且准确地选定发动机的技术参数方案以使发动机达到最佳性能并满足客户需求和国家标准，在此基础上还要保证耗费最低的成本就能达到最优的性能，即保证费效比最低。
[0003]在传统的发动机正向开发流程中，需要进行大量的台架实验，对所有技术和参数组合方案进行一次扫描，然后从其中挑选出既满足约束条件，费效比又最低的组合方案，其将耗费高昂的人工、时间和资金成本。最重要的是由于发动机性能及排放指标的相关参数众多，技术和参数的组合方案更是其几何倍数，而且它们各自按照不同的规律影响着发动机的各项指标，同时又彼此具有关联，若再考虑进技术组合方案费用最低的要求，单纯依靠人工是无法快速且准确的决策出一个组合方案来的。
[0004]随着计算机技术的逐步成熟，基于发动机物理模型的开发技术开始发展起来。利用一维性能仿真软件对发动机建立物理模型，再利用优化计算软件快速锁定最优技术参数方案，从而可以大幅减少所需仿真实验的次数。但是，由于优化软件需要反复调用仿真软件的求解器计算大量复杂方程，因此时间成本依然巨大。此外，费用和费效比的计算公式也无法直接编入到已有商用软件的求解器中，因此无法利用费效比最低的标准做出最终的决策。
[0005]因此，工程师们需要一个发动机技术参数决策方法，其在不需要耗费大量的人工、时间和资金成本的条件下，就可以自动地为用户决策出既满足所有约束条件，同时费效比又最低的技术及参数组合方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种高效低排放发动机技术参数决策方法。
[0007]本专利技术是这样实现的：一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，包括下述内容：
[0008]步骤1：确定研究对象及决策目标；
[0009]步骤2：确定备选技术并设定相应变量名；
[0010]步骤3：建立发动机性能计算函数；
[0011]步骤4：建立决策计算函数；
[0012]步骤5：输出计算结果。
[0013]如上所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，所述的步骤1 包括，
[0014]确定研究对象型号及性能指标约束条件。
[0015]如上所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，所述的步骤1 包括，
[0016]研究对象为一台三缸GDI汽油机进行技术与参数决策，性能指标约束条件是有效
热效率≥40％，爆震因子KI≤160，排放水平满足国六a标准。
[0017]如上所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，所述的步骤2 包括，
[0018]根据实际案例需求选择备选技术并设定相应的变量名，各变量名作为 Matlab发动机性能计算函数中相应技术的代号，同时作为ModeFrontier决策计算平台中各技术参数输入模块的命名，设定变量CR为压缩比，代表高压缩比技术；LIVC为进气凸轮轴型线上增长的曲轴转角，其可以体现在进气门晚关角的变化上，代表米勒循环技术中的米勒深度；EGR率，代表废气再循环技术；VVT 可变气门正时技术由IVT进气门早开角和EVT排气门晚关角构成；ST为点火正时，缸外用于提升有效热效率的技术包括，RF代表减摩技术(分为1,2,3等级，等级越高有效热效率提升效果越显著，费用也越高)、DSB代表电子水泵技术、DJY代表可变排量机油泵技术以及DJW代表电子节温器技术，用于减排的技术包括，EGR代表废气再循环技术、HInj代表高压喷射系统、GPF代表汽油机颗粒捕集器以及TWC代表三元催化器。
[0019]如上所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其中，所述的步骤3 包括，
[0020](1)确定原机值
[0021]针对于3000rpm中转速，65％中负荷一个点工况进行技术与参数组合方案的决策，均是利用在GT
‑
Power中搭建的此款发动机物理模型进行仿真实验来提供拟合数据的，根据原型机厂家提供的技术参数输入至GT
‑
Power仿真软件中，设定压缩比CR0＝9.5；米勒深度LIVC0＝0，即未使用米勒循环技术；EGR0率＝0，即未使用EGR技术；进气门早开角IVT0＝48.3
°
CA BTDC，排气门晚关角 EVT0＝32.8
°
CA ATDC；ST0点火正时为9.4
°
CA BTDC，
[0022](2)单技术函数拟合
[0023]在各备选技术水平的常用值范围内挑选出等距的7个水平值，可根据用户的拟合精度需求选择不同的水平值数量，分别计算这些水平值下有效热效率η及爆震因子KI的数值，利用在Matlab中编写的二次最小二乘法拟合程序将这些水平值与所计算出的有效热效率η和爆震因子KI数据拟合成函数
[0024](3)双技术函数拟合
[0025]将每两技术进行组合，每次以两个技术各自的水平值i和j作为变量，得到各水平组合时的有效热效率及爆震因子KI测试结果，将各计算结果分裂为有效热效率原机值项η0和有效热效率原机值项KI0以及变化值项Δη(i,j)及ΔKI(i,j)，同时也将两个单技术在各自水平单独使用时的测试结果均分裂为原机值项η0和KI0以及变化值项Δη(i)、Δη(j)及ΔKI(i)、ΔKI(j)，然后，利用Δη(i,j)与Δη(i),Δη(j)进行二元一次函数拟合，ΔKI(i,j)与ΔKI(i),ΔKI(j)同理，下面仅以压缩比CR和米勒深度LIVC关于有效热效率的双技术变化值项拟合为例进行说明，拟合函数如下所示：
[0026]Δη(CR,LIVC)＝1.01477*Δη(CR)+0.74304*Δη(LIVC)
[0027]其中Δη(CR,IVC)为压缩比CR和米勒循环LIVC两种技术联合使用时，各水平值组合时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值；Δη(CR)和Δη(LIVC)分别为压缩比CR和米勒循环LIVC各自单独使用时，各自水平值时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值，
[0028]再将双技术变化值项加上原机值项得到双技术函数，如下所示：
[0029]η(CR,LIVC)＝η0+1.01477*Δη(CR)+0.74304*Δη(LIVC)
[0030]其中η(CR,LIVC)为有效热效率η关于压缩比CR和米勒循环LIVC联合使用时，各水
平值组合时的拟合函数；η0为原机指示热效率值；Δη(CR)和Δη(LIVC)分别为压缩比CR和米勒循环LIVC各自单独使用时，各自水平值时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值，
[0031](4)全技术函数拟合
[0032]将所有的双技术变化值项进行组合得到全技术变化项，组合方法就是将某一项技术变化值项前所有的拟合系数a
n,l
再次拟合成一个新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其特征在于，包括下述内容：步骤1：确定研究对象及决策目标；步骤2：确定备选技术并设定相应变量名；步骤3：建立发动机性能计算函数；步骤4：建立决策计算函数；步骤5：输出计算结果。2.如权利要求1所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其特征在于：所述的步骤1包括，确定研究对象型号及性能指标约束条件。3.如权利要求2所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其特征在于：所述的步骤1包括，研究对象为一台三缸GDI汽油机进行技术与参数决策，性能指标约束条件是有效热效率≥40％，爆震因子KI≤160，排放水平满足国六a标准。4.如权利要求3所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其特征在于：所述的步骤2包括，根据实际案例需求选择备选技术并设定相应的变量名，各变量名作为Matlab发动机性能计算函数中相应技术的代号，同时作为ModeFrontier决策计算平台中各技术参数输入模块的命名，设定变量CR为压缩比，代表高压缩比技术；LIVC为进气凸轮轴型线上增长的曲轴转角，其可以体现在进气门晚关角的变化上，代表米勒循环技术中的米勒深度；EGR率，代表废气再循环技术；VVT可变气门正时技术由IVT进气门早开角和EVT排气门晚关角构成；ST为点火正时，缸外用于提升有效热效率的技术包括，RF代表减摩技术(分为1,2,3等级，等级越高有效热效率提升效果越显著，费用也越高)、DSB代表电子水泵技术、DJY代表可变排量机油泵技术以及DJW代表电子节温器技术，用于减排的技术包括，EGR代表废气再循环技术、HInj代表高压喷射系统、GPF代表汽油机颗粒捕集器以及TWC代表三元催化器。5.如权利要求4所述的一种高效低排放发动机技术参数决策方法，其特征在于：所述的步骤3包括，(1)确定原机值针对于3000rpm中转速，65％中负荷一个点工况进行技术与参数组合方案的决策，均是利用在GT
‑
Power中搭建的此款发动机物理模型进行仿真实验来提供拟合数据的，根据原型机厂家提供的技术参数输入至GT
‑
Power仿真软件中，设定压缩比CR0＝9.5；米勒深度LIVC0＝0，即未使用米勒循环技术；EGR0率＝0，即未使用EGR技术；进气门早开角IVT0＝48.3
°
CA BTDC，排气门晚关角EVT0＝32.8
°
CA ATDC；ST0点火正时为9.4
°
CA BTDC，(2)单技术函数拟合在各备选技术水平的常用值范围内挑选出等距的7个水平值，可根据用户的拟合精度需求选择不同的水平值数量，分别计算这些水平值下有效热效率η及爆震因子KI的数值，利用在Matlab中编写的二次最小二乘法拟合程序将这些水平值与所计算出的有效热效率η和爆震因子KI数据拟合成函数(3)双技术函数拟合将每两技术进行组合，每次以两个技术各自的水平值i和j作为变量，得到各水平组合
时的有效热效率及爆震因子KI测试结果，将各计算结果分裂为有效热效率原机值项η0和有效热效率原机值项KI0以及变化值项Δη(i,j)及ΔKI(i,j)，同时也将两个单技术在各自水平单独使用时的测试结果均分裂为原机值项η0和KI0以及变化值项Δη(i)、Δη(j)及ΔKI(i)、ΔKI(j)，然后，利用Δη(i,j)与Δη(i),Δη(j)进行二元一次函数拟合，ΔKI(i,j)与ΔKI(i),ΔKI(j)同理，下面仅以压缩比CR和米勒深度LIVC关于有效热效率的双技术变化值项拟合为例进行说明，拟合函数如下所示：Δη(CR,LIVC)＝1.01477*Δη(CR)+0.74304*Δη(LIVC)其中Δη(CR,IVC)为压缩比CR和米勒循环LIVC两种技术联合使用时，各水平值组合时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值；Δη(CR)和Δη(LIVC)分别为压缩比CR和米勒循环LIVC各自单独使用时，各自水平值时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值，再将双技术变化值项加上原机值项得到双技术函数，如下所示：η(CR,LIVC)＝η0+1.01477*Δη(CR)+0.74304*Δη(LIVC)其中η(CR,LIVC)为有效热效率η关于压缩比CR和米勒循环LIVC联合使用时，各水平值组合时的拟合函数；η0为原机指示热效率值；Δη(CR)和Δη(LIVC)分别为压缩比CR和米勒循环LIVC各自单独使用时，各自水平值时有效热效率相较于原机有效热效率的变化值，(4)全技术函数拟合将所有的双技术变化值项进行组合得到全技术变化项，组合方法就是将某一项技术变化值项前所有的拟合系数a
n,l
再次拟合成一个新的拟合系数A
n
，其中，如果IVT>＝48.3：α＝(IVT
‑
48.3)/11.7，IVT最大值为60
°
CA，A为60
‑
48.3＝11.7；否则：α＝(48.3
‑
IVT)/48.3，IVT最小值为0
°
CA，A为48.3
‑
0＝48.3；如果EVT>＝32.8：β＝(EVT
‑
32.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，张泽宇，艾亚全，石智成，王楠，孙柏刚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：