基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法与流程

本发明属于发动机关键技术研究领域，尤其涉及基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法。
背景技术：
：燃油经济性是开发发动机时重点考虑的主要指标之一。各种关键技术的运用是提高发动机燃油经济性的主要手段。随着发动机技术的进步和迅猛的发展，各种关键技术层出不穷,如米勒循环技术、可变配气正时技术、废气再循环技术和高压缩比技术等关键技术。因此，对于发动机开发而言，关键技术影响发动机燃油经济性作用的确定和关键技术的匹配是工作的重点。现有技术中只对单一关键技术或两项关键技术进行评估，不能对多项技术同时进行评估。然而不同关键技术对发动机燃油经济性的影响情况不同，有些关键技术的影响较小，有些关键技术的影响较大，同时，多种关键技术一起应用时，各关键技术之间还有可能存在相互作用。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明提供了基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法，通过该方法可以确定关键技术对发动机燃油经济性的敏感度、影响权重以及关键技术之间的交互作用，进而缩短开发周期，提高效率并降低成本，更好地为发动机的开发提供理论基础。本发明是通过以下技术方案实现的：基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法，所述评估方法用于确定关键技术对发动机燃油经济性的敏感度、影响权重以及关键技术之间的交互作用；所述评估方法包括以下步骤：发动机工作过程仿真模型的建立和标定；关键技术参数的确定和设置；仿真模型的计算：采用发动机工作过程仿真模型仿真计算每个关键技术参数变化且其他关键技术参数不变时发动机的燃油消耗率；确定每个关键技术参数关于燃油经济性的回归方程；根据所述回归方程确定每个关键技术参数的敏感度函数；根据所述敏感度函数确定每个关键技术参数的敏感度；关键技术的正交组合设计；通过极差分析确定关键技术的影响权重；通过极差分析确定关键技术的交互作用。进一步地，所述发动机工作过程仿真模型的建立和标定，具体为：根据发动机结构参数建立发动机各个部分的模块，并建立燃烧数学模型、传热数学模型、流体流动数学模型和摩擦数学模型；随后根据发动机试验数据对仿真模型进行标定，确保仿真模型的计算结果与试验结果的相对误差小于5％。进一步地，所述关键技术参数的确定和设置，具体为：确定关键技术参数包括米勒循环技术的米勒度、可变配气正时技术的进气正时和排气正时、废气再循环技术的egr率和高压缩比技术的压缩比共5个关键技术参数；对关键技术参数的设置包括：对每个关键技术参数设置取值范围、步长和基准值。进一步地，所述仿真模型的计算，具体为：利用标定后的发动机工作过程仿真模型，分别计算当单个关键技术参数在取值范围内变化且其他关键技术参数不变时发动机的燃油消耗率。进一步地，所述确定关键技术参数关于燃油经济性的回归方程，具体为：根据仿真模型的计算步骤的仿真计算结果，提取各个关键技术参数变化时所对应的发动机燃油消耗率，通过二次回归方法对每个关键技术参数对应的发动机燃油消耗率进行拟合，得到每个关键技术参数关于燃油经济性的回归方程：ybe＝a0+a1xi+a2xi2,ai≤xi≤bi,i＝1,2,3,4,5其中，ybe表示发动机燃油消耗率,i＝1,2,3,4,5分别表示米勒度、进气正时、排气正时、egr率和高压缩比5个关键技术参数；xi表示第i个关键技术参数的值；ai、bi分别表示第i个关键技术参数的取值下限和取值上限；a0a1a2为各项系数。进一步地，所述根据所述回归方程确定关键技术参数的敏感度函数，具体为：对于每个关键技术参数，分别用燃油消耗率的相对变化量与关键技术参数的相对变化量相除，得到各关键技术参数的敏感度函数：其中，si(xi)表示第i个关键技术参数的敏感度函数。进一步地，所述根据所述敏感度函数确定关键技术参数的敏感度，具体为：将各关键技术参数的基准值分别代入各自的敏感度函数si(xi)，得到各个关键技术参数的敏感度值si*(xi)。进一步地，所述关键技术的正交组合设计，具体为：将四项关键技术：米勒循环技术、可变配气正时技术、废气再循环技术和高压缩比技术作为四个影响因素，每个因素取采用和不采用两个水平，利用正交组合设计方法，以燃油消耗率为考核指标，进行四因素两水平考虑交互作用的正交组合设计。进一步地，所述通过极差分析确定关键技术的影响权重，具体为：以燃油消耗率为考核指标，对正交组合设计中关键技术因素列的正交设计结果进行极差分析，得到每个关键技术的极差值，将每个关键技术的极差值与所有关键技术的极差值相除得到关键技术的影响权重。进一步地，所述通过极差分析确定关键技术的交互作用，具体为：以燃油消耗率为考核指标，对正交组合设计中交互作用因素列的正交设计结果进行极差分析，得到交互作用的极差值，代表关键技术的交互作用大小。本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供的基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法能够对关键技术对发动机燃油经济性影响作用的做出评估，可以更好地指导在发动机开发时关键技术的选择和应用。并且，在进行关键技术选择和应用时，本发明提供的方法可以大大减小经济成本和时间成本，并根据评估结果快速更好的匹配关键技术。附图说明图1是本发明实施例中基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法的步骤流程图；图2是本发明实施例中关键技术参数对燃油经济性的敏感度；图3是本发明实施例中关键技术对燃油经济性的影响权重。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。本发明实施例提供的基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法，是基于仿真计算、敏感度分析和正交组合设计得到的，可以更好的指导发动机开发时关键机的选择与匹配。本发明实施例的评估方法总体思路是：首先建立发动机工作过程仿真模型；然后根据试验数据对仿真模型进行标定，使仿真模型的计算值与试验值的误差小于5％，确保仿真模型的准确性和可靠性；之后确定关键技术的相关技术参数并在模型中进行设置；通过模型的仿真计算得到每个关键技术参数单独变化时所对应的发动机燃油消耗率，并通过二次回归的方法确定关键技术参数关于燃油经济性的回归方程；通过回归方程得到关键技术参数的敏感度函数，将关键技术参数的基准值代入敏感度函数得到关键技术参数的敏感度值；随后以燃油经济性为考核指标，以关键技术为影响因素，进行四因素两水平考虑交互作用的正交组合设计，最后对正交设计结果进行极差分析，得到关键技术的影响权重和交互作用。如图1所示，本发明实施例提供的基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法包括以下步骤：s1：发动机工作过程仿真模型的建立和标定：根据发动机结构参数建立发动机各个部分的模块，并建立燃烧数学模型、传热数学模型、流体流动数学模型和摩擦数学模型；随后根据发动机试验数据对仿真模型进行标定，确保仿真模型的计算结果与试验结果的相对误差小于5％。优选地，发动机工作过程仿真模型利用gt-power软件建立并标定；进行标定时，使包括缸内压力、排气温度、排气压力、功率、扭矩和燃油消耗率的计算值与试验值的相对误差小于5％，以得到标定后的发动机工作过程仿真模型。得到可靠性和准确性较高的发动机工作过程仿真模型。s2：关键技术参数的确定和设置：确定关键技术参数包括米勒循环技术的米勒度、可变配气正时技术的进气正时和排气正时、废气再循环技术的egr率和高压缩比技术的压缩比共5个关键技术参数；并且，对关键技术参数的设置是根据关键技术参数的特点，确定关键技术参数的基准值x0、取值范围ai≤xi≤bi和变化步长δ，xi表示第i个关键技术参数的值；s3：仿真模型的计算：利用标定后的发动机工作过程仿真模型，分别计算当单个关键技术参数在取值范围内变化且其他关键技术参数不变时发动机的燃油消耗率。s4：确定每个关键技术参数关于燃油经济性的回归方程：根据仿真模型的计算步骤的仿真计算结果，提取各个关键技术参数变化时所对应的发动机燃油消耗率，通过二次回归方法对每个关键技术参数对应的发动机燃油消耗率进行拟合，得到每个关键技术参数关于燃油经济性的回归方程：ybe＝a0+a1xi+a2xi2,ai≤xi≤bi,i＝1,2,3,4,5其中，ybe表示发动机燃油消耗率；i＝1,2,3,4,5分别表示米勒度、进气正时、排气正时、egr率和高压缩比5个关键技术参数；xi表示第i个关键技术参数的值；ai、bi分别表示第i个关键技术参数的取值下限和取值上限；a0a1a2为各项系数。s5：根据所述回归方程确定每个关键技术参数的敏感度函数：对于每个关键技术参数，分别用燃油消耗率的相对变化量与关键技术参数的相对变化量相除，得到各关键技术参数的敏感度函数：其中，si(xi)是否表示第i个关键技术参数的敏感度函数。s6：根据所述敏感度函数确定每个关键技术参数的敏感度：将各关键技术参数的基准值分别代入各自的敏感度函数si(xi)，得到各个关键技术参数的敏感度值si*(xi)。s7：关键技术的正交组合设计；将四项关键技术：米勒循环技术、可变配气正时技术、废气再循环技术和高压缩比技术作为四个影响因素，每个因素取采用和不采用两个水平，利用正交组合设计方法，以燃油消耗率为考核指标，进行四因素两水平考虑交互作用的正交组合设计。s8：通过极差分析确定关键技术的影响权重；以燃油消耗率为考核指标，对正交组合设计中关键技术因素列的正交设计结果进行极差分析，得到每个关键技术的极差值，将每个关键技术的极差值与所有关键技术的极差值相除得到关键技术的影响权重。s9：通过极差分析确定关键技术的交互作用。以燃油消耗率为考核指标，对正交组合设计中交互作用因素列的正交设计结果进行极差分析，得到交互作用的极差值，代表关键技术的交互作用大小。本实施例以某1.2l增压汽油机为例，根据图1所示的步骤流程，基于燃油经济性对其应用的四项关键技术进行评估。利用gt-power软件建立发动机工作过程仿真模型并进行标定，使仿真模型具有较高的可靠性和准确性，之后确定了关键技术对应的关键技术参数：米勒循环技术的米勒度、可变配气正时技术的进气正时和排气正时、废气再循环技术的egr率、高压缩比技术的压缩比共5个关键技术参数，并确定其基准值、取值范围和步长：关键技术参数基准值取值范围步长米勒度x1，°100～7010进气正时x2，°ca320280～34010排气正时x3，°ca392372～43210egr率x4，％30～183压缩比x5109.5～140.5利用仿真模型进行计算，计算时分别变化各关键技术参数，保持其他参数为基准值不变，得到关键技术参数变化时对应燃油消耗率的变化情况，用二次回归的方法对计算结果进行拟合，得到关键技术参数关于燃油经济性的回归方程，根据回归方程确定关键技术参数的敏感度函数，将各关键技术参数的基准值代入敏感度函数求得各关键技术参数的敏感度值(如图2所示)。进行正交组合设计，将四项关键技术：米勒循环技术、可变配气正时技术、废气再循环技术和高压缩比技术作为四个影响因素，每个因素取两水平，水平1：不采用该技术、水平2：采用该技术，利用正交组合设计方法以燃油经济性为考核指标，进行考虑交互作用的四因素两水平正交设计，正交表表头如下：利用正交表进行仿真计算，对正交设计结果进行极差分析，首先分析关键技术因素列的考核指标，得出每个关键技术的极差值，将其与所有关键技术的极差值相除得出每个关键技术的影响权重(如图3所示)。之后对交互作用因素列的考核指标进行极差分析，得出关键技术间的交互作用的大小顺序为：米勒循环和高压缩比技术>高压缩比技术和可变配气正时技术>米勒循环技术和废气再循环技术>高压缩比技术和废气再循环技术>米勒循环技术和可变配气正时技术>高压缩比技术和废气再循环技术>可变配气正时技术和废气再循环技术。所以当基于燃油经济性进行发动机关键技术选择是，主要考虑高压缩比技术和可变配气正时技术，其他关键技术对燃油经济性的影响不大，同时要注意关键技术之间的交互作用。本发明提供的基于燃油经济性的发动机关键技术评估方法能够合理地量化关键技术对发动机燃油经济性影响的作用的大小，得到关键技术对发动机燃油经济性的敏感度、影响权重和交互作用，在发动机开发时，可以更好地指导关键技术的选择，提高发动机开发的效率，缩短开发周期，节约开发成本。以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，对在本发明精神和范围内的修改，均属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内。当前第1页12