缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價的實證研究摘要本文的目的在于建立一個評價系統(tǒng)，以準確的評價不同款汽油機的整機性能的優(yōu)劣。但汽油機的性能包含著許多不同的方面，比如：轉(zhuǎn)矩、功率、升功率、比質(zhì)量、燃油消耗率以及尾氣排放。不可能用單一指標來評價它的整體性能，為此我將引入層次分析法以及模糊綜合評判的方法。首先利用層次分析法組成評判矩陣，得出不同性能指標在整機性能中所占的權(quán)重；再通過模糊綜合評價法求得各指標的得分以及隸屬度；最終結(jié)合所得權(quán)重以及得分為汽油機整機性能打分。以得分的高低來評價不同汽油機整機性能的優(yōu)劣。利用Excel中IF函數(shù)開發(fā)評判矩陣，輸入指標參數(shù)即可得到綜合評分，使用MCE建立評價模型與Excel的評判結(jié)果進行對比，使評價結(jié)果更權(quán)威。關(guān)鍵字：缸內(nèi)直噴汽油機；層次分析法；模糊綜合評價法；隸屬函數(shù)目錄1緒論 緒論1.1研究背景及目的由于生產(chǎn)力的提升使更多的家庭可以購買自己的車了，但發(fā)動機有非常高的技術(shù)含量，一般的人無法對發(fā)動機的好壞做出判斷。所以我們就需要設(shè)計開發(fā)一個評價系統(tǒng)，人們利用可以查詢的相關(guān)參數(shù)對發(fā)動機的好壞做出評判，根據(jù)評判結(jié)果更合理的選擇發(fā)動機。評價系統(tǒng)不僅可以幫助車主更直觀的了解發(fā)動機，還可以幫助汽車廠商更好的改進發(fā)動機的性能。因此，本課題的目的就在于設(shè)計一個合理的評價系統(tǒng)，只需要輸入發(fā)動機的各項參數(shù)指標，就可以計算出評價結(jié)果，幫助人們更加了解發(fā)動機性能，便于選擇符合自己需求的車輛。1.2研究的重難點事實上，代表發(fā)動機性能指標有許多，包括經(jīng)濟性、動力性指標，以及緊湊性指標、強化指標、排放指標等。雖然發(fā)動機的每一項指標都有其含義，但我們在對發(fā)動機進行評價的過程中很難對所有的指標進行評判，而這就需要我們做出取舍，選擇具有代表意義的參數(shù)進行評判。因此，本課題重點之一就在于選取合適的指標對發(fā)動機進行評價。在我們進行評價時，如何對選取的指標進行合理的權(quán)重分配，也是研究的難點。雖然我們可以獲得發(fā)動機的部分參數(shù)，但可能這些參數(shù)我們無法直接用于評判，所以就需要對部分參數(shù)就行處理，對這部分無法直接利用的參數(shù)處理也是難點之一。1.3國內(nèi)外設(shè)計現(xiàn)狀在國內(nèi)對汽車發(fā)動機的評價中，一般選擇最大功率、最大扭矩、升功率、排放標準、比質(zhì)量等指標[1]。我們可以選取不同的方法確定指標的權(quán)重，一般會選取模糊綜合評價法進行整機性能評價。國外對發(fā)動機評價有也有許多的不同的方法值得我們研究，在國外被大多數(shù)人所認可的是沃德十佳發(fā)動機[2]的評測，通過駕駛模擬測試，依據(jù)車輛測試的結(jié)果進行評價，每年將評測結(jié)果公布供人們參考，其評價過程較為嚴謹，需歷時1~2個月。1.4擬采用的途徑（1）確定評價指標體系缸內(nèi)直噴汽油機評價指標有許多不同的方面，經(jīng)過比對分析，選取升功率、最大功率、最大扭矩、燃油消耗率、比質(zhì)量、排放標準這6個指標來對缸內(nèi)直噴汽油機進行綜合評價。（2）確定指標權(quán)重本文采取層次分析法[3]確定指標權(quán)重，首先將指標互相比較，用數(shù)值量化其相對重要程度，構(gòu)建評判矩陣。其次對檢驗矩陣是否符合邏輯再對其進行歸一化處理，從而得到指標權(quán)重。（3）指標評價方法本文對指標進行采用模糊評價法進行分析處理，建立指標的隸屬函數(shù)[4]，判斷指標隸屬度。根據(jù)需要，我們將指標分為四個等級，以便于我們進行評價結(jié)果的說明，每個等級對應(yīng)不同的分值便于量化評價結(jié)果。（4）計算綜合評分將指標的權(quán)重矩陣與指標的隸屬函數(shù)判斷矩陣相乘德奧一個新的矩陣，將這個新的矩陣與分值矩陣相乘，就得到缸內(nèi)直噴汽油機的綜合評分。(5)開發(fā)評價系統(tǒng)本文使用Excel軟件中的IF函數(shù)模塊，將評價方案制作為有實際作用的汽油機整體評價系統(tǒng)。我們只需要輸入發(fā)動機夫人參數(shù)，就可以直接得到整機性能綜合評價的隸屬矩陣以及綜合評分。本文也將采用MCE軟件建立缸內(nèi)直噴汽油機的評價模型用以對Excel評價系統(tǒng)得到的綜合評分進行驗證，以保證評分的準確性。

2缸內(nèi)直噴汽油機現(xiàn)狀2.1缸內(nèi)直噴技術(shù)2.1.1缸內(nèi)直噴技術(shù)缸內(nèi)直噴技術(shù)[5]是指在進排氣門之間配有噴油器，高壓燃油直接噴入燃燒室，燃燒平穩(wěn)高效。缸內(nèi)直噴通過均勻燃燒和分層燃燒燒實現(xiàn)了高負載工況下、尤其是低負載狀態(tài)下的油耗降低，還能提升動力的技術(shù)。2.1.2均勻燃燒汽油機的均勻燃燒[6]空氣與燃油已基本達到充分均勻混合的程度，火花塞點火后火焰從點火火核傳播到整個缸內(nèi)，這是目前最廣泛的汽油機燃燒組織方式。2.1.3分層燃燒汽油機的分層燃燒是指在火花塞點火時還有相當?shù)娜加团c空氣未達到充分均勻混合，點火成功后火核逐漸增大，燃油一邊蒸發(fā)、與空氣混合、一邊燃燒，這種燃燒組織方式的優(yōu)點是利用分層實現(xiàn)高度烯燃利于效率，缺點是排放較差。2.2缸內(nèi)直噴技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀缸內(nèi)直噴技術(shù)誕生于1920年代[7]，最開始只是在軍事技術(shù)領(lǐng)域使用。奔馳生產(chǎn)的300SL在1950年之后才逐步將其應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。此后，由于電控技術(shù)受限，缸內(nèi)直噴技術(shù)并沒有得到進一步的發(fā)展。1970年代，福特利用分層燃燒技術(shù)開發(fā)了ProCo系統(tǒng)，但因為種種原因該系統(tǒng)并未發(fā)展起來。1990年代之后，一些嚴格控制環(huán)境和能源消耗的國家對電子控制和制造技術(shù)進行改進，各大汽車制造商都開發(fā)了自己的缸內(nèi)直噴技術(shù)。1996年，三菱率先在Galant轎車上搭載了采用缸內(nèi)直噴技術(shù)的自然吸氣發(fā)動機4G93[8]，該發(fā)動機率先使用了曲頂活塞和豎直進氣道，提高了發(fā)動機燃燒完全動力，降低油耗，并且在高負荷工況下噴油產(chǎn)生很強的混合氣渦流可以減少進氣阻力。豐田在1998年發(fā)布了應(yīng)用有D4直噴系統(tǒng)的SN和ZN系列發(fā)動機[9]。2005年用于3GR-FSE發(fā)動機。為了實現(xiàn)均質(zhì)燃燒，只使用一組噴油器伸入氣缸中。豐田開發(fā)了基于D4直噴系統(tǒng)的直噴技術(shù)D4-S，并應(yīng)用于2GR-FSE發(fā)動機。該系統(tǒng)兼具直接噴射和間接噴射的優(yōu)點，各氣缸都配備能夠滿足不同負荷工況下的燃油噴射和燃燒控制要求的低壓噴油器和高壓噴油嘴。奔馳2006年發(fā)售了缸內(nèi)直噴系統(tǒng)CGI[10]，2010年推出的缸內(nèi)直噴系統(tǒng)BlueDirect。該系統(tǒng)使用多點噴射、多重火花點火技術(shù)和壓電燃油噴射來提高的燃燒效率和降低的排放水平。隨著近些年來GDI發(fā)動機逐漸被大家認可，保時捷、法拉利等公司也在發(fā)展自己的缸內(nèi)直噴技術(shù)[11]。歐洲和美國的汽油技術(shù)以大眾、菲亞特、標致、通用等為代表[12]。近年來，他們引領(lǐng)了增壓小型化的技術(shù)潮流，如大眾的EA21系列汽油機和福特的EcoBoost系列汽油機。目前正在開發(fā)或量產(chǎn)的汽油發(fā)動機采用米勒循環(huán)（EIVC）結(jié)合增壓缸內(nèi)直噴技術(shù)，以便從小型化過渡到適型化開發(fā)。日本的汽油發(fā)動機技術(shù)[13]以豐田和本田為代表。有兩個主要方向。一是混合動力車型的自然吸氣、外部EGR、阿特金森循環(huán)（LIVC）技術(shù)，二是沿用歐美技術(shù)增壓小型化。我國目前中國汽車行業(yè)的市場份額主要被各家龍頭企業(yè)占據(jù)[14]。從產(chǎn)銷規(guī)模上看，上汽、東風、一汽、北汽、廣汽、長安六大綜合性汽車集團具備較強的競爭優(yōu)勢，他們也引領(lǐng)了我國的汽油機技術(shù)的發(fā)展。汽油機仍有很大的發(fā)展?jié)摿?。先進的技術(shù)和控制策略正在興起。汽油發(fā)動機仍是未來乘用車的主要動力。2.3發(fā)展前景由于缺乏能源、資源，環(huán)境問題日益突出。近年來，越來越多的人關(guān)注環(huán)境保護，國內(nèi)的環(huán)境法律法規(guī)也越來越嚴格。汽車作為當今重要的交通工具，人們越來越關(guān)注它。從改革開放到現(xiàn)在，中國汽車保有量不斷增加。因為汽油成本低，貨源穩(wěn)定。盡管人們對低油耗技術(shù)提出的需求并不大，但仍在進行車輛輕量化和發(fā)動機技術(shù)改進。歐洲汽車市場主張直噴增壓發(fā)動機的“減缸增強”技術(shù)。市場上2020年投產(chǎn)的或發(fā)布的汽油發(fā)動機均為渦輪增壓直噴發(fā)動機。采用米勒或阿特金森燃燒技術(shù)[14]的新型燃燒技術(shù)應(yīng)用在直噴汽油機上，匹配超高滾流比和高壓縮比的燃燒結(jié)構(gòu)。汽油機正在逐漸由小型化向適型化轉(zhuǎn)變，未來兩年將更加普遍。今后汽油機發(fā)展的重點是合理規(guī)劃發(fā)動機技術(shù)路線，優(yōu)化發(fā)動機性能，采用先進的發(fā)動機控制技術(shù)以適應(yīng)未來的排放法規(guī)要求。今后主要研究汽油機的排放，為提高汽油機的燃油經(jīng)濟性滿足日益嚴格的排放法規(guī)。盡管GDI汽油機仍面臨許多的技術(shù)挑戰(zhàn)，但GDI汽油機在燃油經(jīng)濟性等方面的性能將隨著GDI研究的深入、燃燒系統(tǒng)和噴射技術(shù)的優(yōu)化、控制方法的改進、催化劑的開發(fā)、尾氣處理技術(shù)的不斷進步而繼續(xù)提高。GDI汽油機必將成為汽車動力的主導產(chǎn)品。

3性能指標我們可以用不同的指標描述缸內(nèi)直噴汽油機整機性能，這些指標也可以作為評價缸內(nèi)直噴汽油機的依據(jù)。3.1動力性指標動力性能指標指標包括有效功率、有效扭矩、平均有效壓力和轉(zhuǎn)速。（1）有效功率我們將發(fā)動機單位時間內(nèi)對外輸出的有效功看作有效功率，記作Pe，單位Kw。公式如下：（3-1）式中Te代表有效轉(zhuǎn)矩（N?M），n代表曲軸轉(zhuǎn)速，r/min(2)有效轉(zhuǎn)矩在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，由輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩就叫做有效轉(zhuǎn)矩，記作Te，單位為N·m。（3）平均有效壓力發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功稱為平均有效壓力，單位為kPa。公式為:（3-2）式中Te指有效轉(zhuǎn)矩，，n代表曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。（4）發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機曲軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)就是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，用n表示，單位為r/min。3.2經(jīng)濟性指標發(fā)動機的經(jīng)濟性指標包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。（1）有效熱效率發(fā)動機實際循環(huán)的輸出功與消耗的燃油熱量的比值我們稱為有效熱效率。（2）有效燃油消耗率我們一般將發(fā)動機輸出單位有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記作be，單位是g/(kW·h)。（3-3）式中B表示每小時燃油消耗量，kg/h，pe指代有效功率kw。3.3緊湊性指標描述發(fā)動機的結(jié)構(gòu)是否緊湊往往用比容積和比質(zhì)量。（1）比質(zhì)量將發(fā)動機的凈質(zhì)量與其標定功率的比值稱之為比質(zhì)量。（2）比容積我們將發(fā)動機外廓所占的體積與標定功率的比值稱之為比容積，單位為L/kW。3.4強化指標發(fā)動機的強化指標是由升功率和強化系數(shù)等構(gòu)成。（1）強化系數(shù)強化系數(shù)我們一般用平均有效壓力pe與活塞平均速度Cm兩者的乘積表示。（2）升功率發(fā)動機每升做工容積的有效功率輸出為升功率，單位為Kw/L。3.5其他指標（1）排放發(fā)動機尾氣排放主要為有害氣體和廢氣顆粒；不僅不利于身體健康，而且會對大氣造成損害。目前國家法規(guī)首要限制氮氧化物(NOx)、碳氧化合物(HC)和一氧化碳(CO)的排放（2）噪聲汽車的噪聲會對居民的生活造成很大影，汽車噪聲主要在于發(fā)動機的震動；所以國家出臺了相應(yīng)法規(guī)對其進行限制。（3）起動性發(fā)動機可靠性的重要指標之一是起動性。我國相關(guān)標準規(guī)定，在不采取特殊低溫啟動措施的情況下，汽油機在-10℃的溫度環(huán)境下，啟動后15s內(nèi)應(yīng)能順利啟動。3.6本課題所選取的指標對缸內(nèi)直噴汽油機進行評價，應(yīng)該選擇具有代表性的指標進行評判，綜合各方面考慮，選取了最大功率、升功率、最大扭矩、比質(zhì)量、燃油消耗率、排放標準6個性能指標作為評價指標。

4評價方法4.1概述評價充斥在在我們生活中的方方面面；例如購物時，我們會對不同的商品進行比較，選擇性價比更高的那個；又或者，在公司中，需要對員工進行評價。我們在對事物進行評價時，一般都是從大體上，綜合各個方面進行考慮，不會因為某一個方面就決定這個事物的好壞。我們通常都會選取事物的幾個不同的方面進行參考判斷，這些不同的方面就可以看作是我們評價的指標。在一些復雜的評價中，為了達到令人信服的結(jié)果，我們需要從不同的角度去綜合考慮，作出最終的判斷結(jié)果。將這些不同的角度整合就可以看作一個評價體系，我們可以利用許多不同的方法將事物放進評價體系中進行評判。隨著社會的發(fā)展，評價的問題也漸漸復雜了起來，評價的要求及需求也相應(yīng)的變高了。也產(chǎn)生了許多的評價方法，我們在使用這些評價方法時，應(yīng)盡量避免客觀因素對評判結(jié)果的影響。構(gòu)成完整的評價要素有很多的方面，例如進行評價的人或組織，被評價的事物，指標的權(quán)重分配，進行評價的系統(tǒng)或模型等。在本課題中缸內(nèi)直噴汽油機就是被評價的事物。對于指標權(quán)重的分配，我們可以根據(jù)經(jīng)驗判斷判斷，也可查詢關(guān)于評判事物的相關(guān)資料，或者詢問相關(guān)技術(shù)人員獲得。指標越能代表被評價事物其對應(yīng)的權(quán)重就會越大。選擇采用的評價指標應(yīng)能夠代表被評價事物的某一方面，或者可對其一系列的特點進行描述。不同的指標能夠反映被評價事物的不同方面，選取多個指標建立綜合評判模型可以對事物進行綜合評價。在進行綜合評價時，我們一般會建立評價模型對每個指標的評判結(jié)果進行整合，以便綜合評價得到的結(jié)果更為準確。在以上的各個環(huán)節(jié)，我們都要注意避免自己的主觀性對評價產(chǎn)生誤差，影響評價結(jié)果的準確性，力求做到科學和客觀地進行評價。4.2層次分析法(1)思想和原理日常生活中有許許多多的問題都可看作是決策的問題，例如進行經(jīng)濟生產(chǎn)的規(guī)劃、對資源進行合理的分配、對不同解決問題方案的選擇等。我們一般有兩種方法去尋找最佳的途徑解決問題，其一是采用數(shù)學模型分析法，另一種則是不采用數(shù)學模型的方法。但是人們在現(xiàn)實中遇到問題，最終解決問題所采用的方法并不是利用數(shù)學模型法分析得到的最合理的解決方法，由此，我們可以看出非數(shù)學模型法在我們的生活中也有很重要的總用。相較于數(shù)學模型法來說，它更注重決策的選擇以及規(guī)律的判斷這些方面。層次分析法是一種非數(shù)學模型的方法。它兼具定性分析和定量分析這兩者，是一種多準則決策的方法。使用層次分析法時我們可以對解決問題的決策進行拆分，在進行更詳盡的分析，并將其轉(zhuǎn)化為標準。它可以將我們進行決策過程中的思維數(shù)學化，并用數(shù)學的方法進行分析，更好的幫助決策者做出決策。層次分析結(jié)構(gòu)一般由目標層、準則層和方案層組成。層次結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)好壞程度對問題是否能得到合理的解決有至關(guān)著重要的作用，層次結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是否合理，是否能代表被評價事物的性能，將對評價結(jié)果的真實性、準確性造成直接影響。(2)模型和步驟我們使用層次分對具體的問題進行分析時，應(yīng)該先將復雜的問題拆分細化，拆分為不同的層次。最高層包含一個目標元素；在中間層中，通常是準則、子準則或方案等。下一層次中的元素可以不受到上一層次中的元素的支配。除了在最高層的元素之外，其他層次的元素都有可能受到其他多個元素的支配。層次數(shù)量受到實際問題的復雜程度的制約，由于重要性量化一般用1~9來描述，所以我們在進行使用時應(yīng)注意同一層次中元素的個數(shù)因該少于9個，以免對后續(xù)計算造成困難。如果元素數(shù)目過多，也會使我們在進行相互比較時帶來麻煩。(3)構(gòu)造判斷矩陣建立好被評價對象的層次分析模型后，在每一個層次中，令層次中的元素相互比較，依照指標不同的重要程度給予合適的數(shù)值量化其重要性標度，不同層次元素的重要性標度應(yīng)選取合適的標度轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示，并構(gòu)造判斷矩陣。假如說下一層次中的某元素受到上一層次A元素的支配，我們以A為準則，根據(jù)重要性決定下一層次各元素對應(yīng)的權(quán)重占比。權(quán)重占比可以根據(jù)技術(shù)咨詢獲得，也可以由決策者查詢其他合適途徑確定。對于這些元素來說，我們可以將它們兩兩相互比較的搭配一個新的判斷矩陣，對于矩陣C來說，Cij代表前一個元素比后者的重要性程度，一般來說，構(gòu)造的判斷矩陣如下表：表4-1判斷矩陣構(gòu)造形式AC1C2┅CnC1C11C12┅C1nC2C21C22┅C2n┇┇┇┇┇CnCn1Cn2┅Cnn顯然矩陣C具有如下性質(zhì)：（1）（2）（3）這種矩陣C被我們稱之為正反矩陣。對于正反矩陣C而言，對于任何的因素，均會有，我們就能說該矩陣為一致矩陣。一般而言，在進行層次分析時，我們?yōu)榱四芨玫目辞宄Q策判斷程度，對于這些元素的重要性標度，我們使用1、3、5、7、9對其進行表示，用2、4、6、8表示介于兩重要性標度之間的狀態(tài)。一般我們使用1~9表示指標重要性標度，所以評價指標的個數(shù)盡量不要大于9個，若大于9就會使評價較為復雜。(4)判斷矩陣的一致性檢驗我們需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，并由判斷結(jié)果判斷矩陣是否符合邏輯，它不能產(chǎn)生相互矛盾。所以我們引入CI對矩陣是否具有一致性進行判斷：（4-1）上式中n代表指標個數(shù)即矩陣的階數(shù)，λmax為矩陣的最大特征根。當判斷結(jié)果表明矩陣具有合理的一致性時，，。如果時，我們可以直接得出矩陣沒有理解錯誤，具有一致性；但如果矩陣的階數(shù)超過3階時，我們就需要引入新的判斷一致性指標RI，對于階數(shù)小于等于9階的矩陣，RI的數(shù)值如下表：表4-2矩陣一致性指標RI12345.67890.000.000.580.901.121.241.321.411.45隨機一致性比率為，當時，我們就能夠根據(jù)計算結(jié)果判斷出矩陣符合邏輯，有滿意的一致性；反之，我們就需要去重新對判斷矩陣進行合理的賦值，使它符合邏輯，具有一致性。(5)計算指標的權(quán)重和矩陣最大特征根方根法被用于求解最大特征值及其對應(yīng)特征向量，進而計算出指標權(quán)重，計算步驟如下：eq\o\ac(○,1)計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi(4-2)eq\o\ac(○,2)計算Mi的n次方根(4-3)eq\o\ac(○,3)對向量正規(guī)化(4-4)則即為所求的特征向量。eq\o\ac(○,4)計算判斷矩陣最大特征根λmax(4-5)其中（AWi）表示向量AW的第i個元素。4.3模糊綜合評判法(1)思想和原理模糊綜合評價法是由我國學者王培莊提出的一種對模糊數(shù)學應(yīng)用的方法。模糊據(jù)數(shù)學的出現(xiàn)為我們提供了研究和解決復雜的問題的簡便方法。它可以將數(shù)學工具應(yīng)用在解決實際模糊問題中。模糊綜合評價以模糊數(shù)學作為基礎(chǔ)，使用模糊關(guān)系合成來對邊界進行模糊。對難以量化的元素定量分析，對評價對象的隸屬等級通過不同的因素角度進行綜合評價。(2)模糊綜合評判法步驟如下確定評價因素、評確定評價因素、評價等級構(gòu)造評判矩陣及確定指標權(quán)重構(gòu)造評判矩陣及確定指標權(quán)重進行模糊合成進行模糊合成圖4.1模糊綜合評判法流程圖為了充分利用模糊子集B的信息，得到最終的評判結(jié)果，我們往往使用最大隸屬度法則對B進行處理，再將其用于被評判對象的排序評價。為了充分利用B的信息，我們可以將各個等級的評級參數(shù)和評價結(jié)果B一起進行參考。設(shè)相對于各等級vj規(guī)定的參數(shù)列向量(4-6)等級參數(shù)評判結(jié)果(4-7)P是一個實數(shù)，它反映了模糊子集B和參數(shù)向量C確定的綜合得分。在實際應(yīng)用中，它是一個非常有用的綜合參數(shù)。

5缸內(nèi)直噴汽油機整機評價系統(tǒng)設(shè)計在對實際事物進行評判時，我們需要考慮評估是否具可以進行以及評判是否能解決實際的問題。依據(jù)不同的情況，我們酌情選擇評價指標的數(shù)量代表被評價的事物，按照選取的指標構(gòu)成模糊評估子集。本課題中依據(jù)前人經(jīng)驗，我選擇了升功率、最大扭矩、最大功率、燃油消耗率、比質(zhì)量和排放標準6個指標來建立汽油機評價體系，在其基礎(chǔ)上設(shè)計了一個缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價系統(tǒng)。5.1評價指標的確定缸內(nèi)直噴汽油機有許許多多的性能指標可以用于評判，通過查詢相關(guān)資料，反復比較，在本課題中以升功率、最大扭矩、最大功率、燃油消耗率、比質(zhì)量和排放標準這6個參數(shù)為指標進行分析。5.2指標的處理由于發(fā)動機的一部分參數(shù)無法通過查找資料獲得，只有它的生產(chǎn)制造商擁有準確的數(shù)據(jù)，對于這一部分無法直接獲得的數(shù)據(jù)，我們就需要通過其他的公式對其進行推到，再使用制造商給出的數(shù)據(jù)利用推到得到的公式進行計算。其他的一些數(shù)據(jù)是可以直接查詢到的，像最大功率、最大扭矩、排放標準之類的。例如本課題中的升功率、比質(zhì)量、燃油消耗率無法直接獲得數(shù)據(jù)，我們給出如下推導過程：升功率由于我們只能夠查詢到發(fā)動機最大功率和排量，所以使用這兩個參數(shù)進行推到升功率計算方法，過程如下：（5-1）式中Pe代表了發(fā)動機的額定功率，也就是我們查詢到的最大功率；V是發(fā)動機的排量。(2)比質(zhì)量比質(zhì)量的數(shù)據(jù)我們也無法直接獲得，所以根據(jù)查詢到的發(fā)動機最大功率和干質(zhì)量來進行推導，過程如下：（5-2）式中M指發(fā)動機的干質(zhì)量；Pe代表發(fā)動機的額定功率，也就是我峨嵋你所說的最大功率。（3）燃油消耗率燃油消耗率我們無法查詢到具體數(shù)據(jù)，只能夠通過發(fā)動機百公里油耗先對一定時間內(nèi)的油耗進行推導，再借助油耗量和發(fā)動機的最大功率進一步對燃油消耗率進行推導，詳細步驟如下：（5-3）（5-4）（5-5）（5-6）計算得（5-7）在上述的公式（5-3）中，B代表著單位時間的耗油量，Pe則指發(fā)動機的有效功率；在式（5-7）中表示燃油密度與重力加速度的乘積，計算中選取，對于有級機械變速器的轎車，機械傳動效率在.90~0.92，?。籕S為百公里油耗，需查詢汽油機相關(guān)參數(shù)；G是車輛重量與重力加速度的乘積；f是滾動阻力系數(shù)，在計算是?。己脼r青路面）；CD是空氣阻力系數(shù)，?。籄表示迎風面積，需要根據(jù)不同的車輛參數(shù)進行計算得出；Ua表示的是等速百公里中的速度，選取市郊油耗時應(yīng)選取。5.3四款缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率的計算（1）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率計算查詢車輛相關(guān)參數(shù)得到迎風面積,代入到上述公式（5-7）可得：（2）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率計算查詢車輛相關(guān)參數(shù)得到迎風面積,代入到上述公式（5-7）可得：（3）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率計算查詢車輛相關(guān)參數(shù)得到迎風面積,代入到上述公式（5-7）可得：（4）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率計算查詢車輛相關(guān)參數(shù)得到迎風面積,代入到上述公式（5-7）可得：5.4確定指標權(quán)重(1)判斷矩陣的確定將所有指標兩兩相互比較，我們就能夠使用具體數(shù)值對各評價指標的重要性標度量化，得到指標評判矩陣。本課題指標量化結(jié)果如下：表5-1缸內(nèi)直噴汽油機評價指標的指標值升功率最大扭矩最大功率燃油消耗率比質(zhì)量排放升功率133579最大扭矩1/311357最大扭矩1/311357燃油消耗率1/51/31/3135比質(zhì)量1/71/51/51/313排放1/91/71/71/51/31得出評價指標權(quán)重判斷矩陣A按照上文所介紹的方法步驟進行計算，并將結(jié)果制成以下表格。eq\o\ac(○,1)計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi（5-8）表5-2判斷矩陣每一行元素的乘積MiM1M2M3M4M5M6283535351/31/1751/6615eq\o\ac(○,2)計算Mi的n次方根(5-9)表5-3Mi的n次方根3.761.811.810.830.420.23eq\o\ac(○,3)對向量正規(guī)化（5-10）正規(guī)化Wi，Wi為各指標權(quán)重。表5-4指標權(quán)重Wi0.4240.2040.2040.09390.04810.026eq\o\ac(○,4)計算判斷矩陣的最大特征根(5-11)其中（AWi）表示向量AW的第i個元素。eq\o\ac(○,5)判斷矩陣的一致性檢驗計算判斷矩陣偏離一致性的指標CI:計算隨機一致性比率CR:由于,依據(jù)計算結(jié)果判斷矩陣具有滿意的一致性。5.5確定隸屬函數(shù)（1）確定升功率隸屬函數(shù)汽油機的升功率越高表明性能越好，缸內(nèi)直噴汽油機升功率隸屬函數(shù)如下：（5-12）圖5.1缸內(nèi)直噴汽油機升功率隸屬函數(shù)將處理后的升功率參數(shù)用隸屬函數(shù)判斷，就可以得到升功率的隸屬度矩陣：（5-13）(2)確定最大扭矩隸屬函數(shù)發(fā)動機的性能越好在最大扭矩方面體現(xiàn)在最大扭矩越大，缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩隸屬函數(shù)如下：（5-14）圖5.2缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩隸屬函數(shù)將查詢到的最大扭矩參數(shù)放入隸屬函數(shù)判斷，即可得出最大扭矩隸屬度矩陣：（5-15）（3）確定最大功率隸屬函數(shù)依據(jù)查詢的最大功率參數(shù)代入隸屬函數(shù)，最大功率參數(shù)越高就能夠說明其性能越優(yōu)，最大功率隸屬度矩陣：（5-16）圖5.3缸內(nèi)直噴汽油機最大功率隸屬函數(shù)依據(jù)最大功率參數(shù)和上述的隸屬函數(shù)，就跟能夠得到最大功率的隸屬度矩陣：（5-17）（4）確定燃油消耗率隸屬函數(shù)依據(jù)查詢的參數(shù)推導得出的燃油消耗率參數(shù)越小越代表性能越好，燃油消耗率隸屬矩陣如下：(5-18)圖5.4缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率隸屬函數(shù)將推導得出的燃油消耗率參數(shù)代入上述的隸屬函數(shù)，就可以求出燃油消耗率的隸屬度矩陣：（5-19）（5）確定比質(zhì)量隸屬函數(shù)發(fā)動機比質(zhì)量越小越表明性能越好，缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量隸屬函數(shù)如下：（5-20）圖5.5缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量隸屬函數(shù)比質(zhì)量隸屬度矩陣求解也需將推導后求解的數(shù)據(jù)代入上述的隸屬函數(shù)，就得到比質(zhì)量的隸屬度矩陣：（5-21）（6）確定排放標準隸屬函數(shù)汽油機的排放標準需要我們自己依據(jù)查詢到的參數(shù)給予一個合適的等級，排放標準越高代表性能更好，要對應(yīng)更高的評價等級。在本設(shè)計中令排放標準達到國六B的為優(yōu)，將排放達到國六A標準定的為良，將排放達到國五標準的定為中，將排放達到國四標準定的為差。依據(jù)查詢的相關(guān)參數(shù)按照我們設(shè)定的評價等級判斷，得到排放標準隸屬度矩陣：（5-22）5.6汽油機整機綜合評價方案通過層次分析法計算得到升功率，最大扭矩，最大功率，燃油消耗率，比質(zhì)量和排放標準的權(quán)重占比分別為0.342，0.236，0.221，0.109，0.058和0.034。權(quán)重矩陣為：（5-23）將各個指標的評價矩陣分別與其權(quán)重集進行模糊變換，就可以得到一個缸內(nèi)直噴汽油機的整機性能模糊綜合評價的隸屬度矩陣。整機性能模糊綜合評價隸屬度矩陣為：（5-24）為了更清晰的明了的對評價結(jié)果進行反映，在本課題中給予不同的數(shù)值代表不同的評價等級，達到優(yōu)的為90分，達到良的為80分，達到中的為70分，達到差的為60分。（5-25）我們將模糊綜合評價矩陣與我們設(shè)定的評價等級分值矩陣作矩陣相乘運算，就能夠得到最終的模糊綜合評價得分。（5-26）

6缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價實例表6-1發(fā)動機整機評價實例參數(shù)車型發(fā)動機型號發(fā)動機排量(ml)發(fā)動機質(zhì)量(kg)整備質(zhì)量(kg)百公里油耗（L/100km）哈弗H9GW4C20B196720923309.9凱迪拉克CT5LSY199814716406.9途昂DKX198418520908.5謳歌RDXK20C5199616017248.2表6-24款發(fā)動機整機性能評價標準化參數(shù)車型升功率（kw/L）最大扭矩(N?M)最大功率(kw)燃油消耗率(g/kw*h)比質(zhì)量(kg/kw)排放哈弗H982.53851653001.26國六a凱迪拉克CT5873501742880.84國六b途昂813501622761.14國六a謳歌RDX97.53801953060.82國六a6.1發(fā)動機技術(shù)路線6.1.1可變氣門正時技術(shù)目前可變氣門技術(shù)[15]廣泛用于提高發(fā)動機燃油系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及車輛的質(zhì)量和性能?？勺儦忾T的好處體現(xiàn)在多項技術(shù)融合的基礎(chǔ)上。汽車發(fā)動機運行時，可變氣門正時技術(shù)的工作方法是打開氣門，活塞移動到臨界點時，排氣和進氣系統(tǒng)的入口被打開，使其達到臨界點，形成疊加氣門，它與汽車的轉(zhuǎn)速形成正比疊加角?？勺儦忾T升程技術(shù)的目的是使用氣門升程的連續(xù)變化來控制進氣量，優(yōu)化發(fā)動機的進排氣正時和進排氣量，從而提高發(fā)動機效率，減少油耗、污染。6.1.2渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù)[16]是一種發(fā)動機增壓技術(shù)，已被使用者廣泛接受。渦輪增壓器本質(zhì)是一個空氣壓縮機，通過對進氣施加壓力來提高進氣量。利用發(fā)動機的排氣慣量推動渦輪室內(nèi)的渦輪，然后渦輪帶動葉輪運轉(zhuǎn)。葉輪將空氣濾清器送來的空氣輸送到氣缸內(nèi)，以此增加進氣量?？梢允垢嗟娜加妥⑷氲桨l(fā)動機燃燒室內(nèi)，從而大大提升發(fā)動機機械功率、燃燒效率。配備渦輪增壓技術(shù)的發(fā)動機可以使發(fā)動機燃燒室利用率變高，實現(xiàn)輕量化，提高燃油經(jīng)濟性，有效減排。渦輪增壓是市場上最有前景的汽車節(jié)能減排技術(shù)之一。6.2哈弗H9汽油機整機性能評價（1）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機升功率評價可以通過升功率隸屬函數(shù)可以得到GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的升功率評判矩陣（2）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩評價根據(jù)最大扭矩隸屬函數(shù)可以求得GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的最大扭矩評判矩陣（3）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機最大功率評價根據(jù)最大功率隸屬函數(shù)可以求得GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的最大功率評判矩陣（4）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率評價根據(jù)燃油消耗率隸屬函數(shù)可以求得GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的燃油消耗率評判矩陣（5）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量評價根據(jù)比質(zhì)量隸屬函數(shù)可以求得GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的比質(zhì)量評判矩陣（6）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機排放評價根據(jù)排放標準對應(yīng)關(guān)系可以求得GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機的排放評判矩陣（7）哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機整機綜合評價哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機性能模糊綜合評分6.3凱迪拉克CT5LSY汽油機整機性能評價（1）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機升功率評價根據(jù)升功率隸屬函數(shù)可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的升功率評判矩陣（2）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩評價根據(jù)最大扭矩隸屬函數(shù)可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的最大扭矩評判矩陣（3）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機最大功率評價根據(jù)最大功率隸屬函數(shù)可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的最大功率評判矩陣（4）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率評價根據(jù)燃油消耗率隸屬函數(shù)可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的燃油消耗率評判矩陣（5）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量評價根據(jù)比質(zhì)量隸屬函數(shù)可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的比質(zhì)量評判矩陣（6）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機排放評價根據(jù)排放標準對應(yīng)關(guān)系可以求得LSY缸內(nèi)直噴汽油機的排放評判矩陣（7）凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機整機綜合評價凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機性能模糊綜合評分6.4途昂DKX汽油機整機性能評價（1）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機升功率評價根據(jù)升功率隸屬函數(shù)可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的升功率評判矩陣（2）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩評價根據(jù)最大扭矩隸屬函數(shù)可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的最大扭矩評判矩陣（3）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機最大功率評價根據(jù)最大功率隸屬函數(shù)可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的最大功率評判矩陣（4）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率評價根據(jù)燃油消耗率隸屬函數(shù)可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的燃油消耗率評判矩陣（5）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量評價根據(jù)比質(zhì)量隸屬函數(shù)可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的比質(zhì)量評判矩陣（6）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機排放評價根據(jù)排放標準對應(yīng)關(guān)系可以求得DKX缸內(nèi)直噴汽油機的排放評判矩陣（7）途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機整機綜合評價途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機性能模糊綜合評分6.5謳歌RDXK20C5汽油機整機性能評價（1）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機升功率評價根據(jù)升功率隸屬函數(shù)可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的升功率評判矩陣（2）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機最大扭矩評價根據(jù)最大扭矩隸屬函數(shù)可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的最大扭矩評判矩陣（3）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機最大功率評價根據(jù)最大功率隸屬函數(shù)可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的最大功率評判矩陣（4）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機燃油消耗率評價根據(jù)燃油消耗率隸屬函數(shù)可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的燃油消耗率評判矩陣（5）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機比質(zhì)量評價根據(jù)比質(zhì)量隸屬函數(shù)可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的比質(zhì)量評判矩陣（6）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機排放評價根據(jù)排放標準對應(yīng)關(guān)系可以求得K20C5缸內(nèi)直噴汽油機的排放評判矩陣（7）謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機整機綜合評價謳歌RDXK20C5缸內(nèi)直噴汽油機性能模糊綜合評分

7性能評價軟件的開發(fā)設(shè)計7.1軟件介紹Excel是由微軟推出的辦公軟件offic的組成部分之一，在辦公中得到許多人的認可，它能夠分析處理各種數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)制成圖表，便于更直觀的分析數(shù)據(jù)，進行更好的決策。本文使用Excel對數(shù)據(jù)進行分析處理，利用其中的IF函數(shù)開發(fā)了缸內(nèi)直噴汽油機的評價系統(tǒng)，便于更方便的對發(fā)動機做出評價。MCE是一個用來處理較為復雜綜合的評價問題的軟件，它提供了被廣泛使用的AHP（層次分析法）,Fuzzy（模糊綜合評價法）和Gray（灰色綜合評價法）三種綜合評價方法。7.2評價系統(tǒng)介紹（1）Excel評價系統(tǒng)開發(fā)利用Excel中的IF函數(shù)，根據(jù)計算得到的隸屬函數(shù)編輯評判語句，以燃油消耗率隸屬函數(shù)優(yōu)秀評級為例:，那么評價系統(tǒng)中判斷語句應(yīng)該為：=IF(J9=0,0,IF(J9<255,1,IF(J9<265,(265-J9)/10,0)))。通過將燃油消耗率的參數(shù)輸入評價系統(tǒng)中，就可以得到燃油消耗率的評判矩陣以及評分。（2）Excel評價系統(tǒng)介紹使用Excel評價系統(tǒng)進行綜合評價時，用戶需要將缸內(nèi)直噴汽油機的升功率、最大扭矩、最大功率、、燃油消耗率、比質(zhì)量和排放標準六個參數(shù)輸入到對應(yīng)的文本框中，即可計算出該款發(fā)動機的項指標評分以及綜合評分。需要注意的是在排放標準這里，當該款缸內(nèi)直噴汽油機的排放標準達到國六B時，排放標準這一欄應(yīng)該輸入7，當排放標準達到國六A時，排放標準這一欄應(yīng)該輸入6，當排放標準達到達到國五時，排放標準這一欄應(yīng)該輸入應(yīng)該輸入5，當排放標準達到國四時，排放標準這一欄應(yīng)該輸入4。評價系統(tǒng)界面如下圖所示：圖7.1缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價系統(tǒng)（2）MCE軟件介紹使用MCE軟件中fuzzy模塊，建立缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價模型，使用AHP賦權(quán)，需要手動輸入評價指標權(quán)重判斷矩陣，點擊進行計算權(quán)重，權(quán)重歸一化即可得到評價指標的權(quán)重。在使用MCE進行綜合評價時，使用者需要先計算出各個指標對應(yīng)的隸屬函數(shù)，在根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)求得各個指標的隸屬函數(shù)矩陣，手動輸入到對應(yīng)的輸入框內(nèi)，點擊模糊評價，接著點擊最終值，即可得到綜合評分。點擊顯示結(jié)果可看到相應(yīng)的隸屬度和綜合評分。缸內(nèi)直噴汽油機MCE評價模型如下圖所示：圖7.2缸內(nèi)直噴汽油機MCE評價模型7.3缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價實例7.3.1哈弗H9GW4C20B缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價將該款發(fā)動機處理之后的相關(guān)參數(shù)輸入到評價系統(tǒng)的對應(yīng)輸入?yún)^(qū)域內(nèi)，即可得到GW4C20B評價體系的判斷矩陣及綜合評分。圖7.3GW4C20B汽油機整機的Excel評判矩陣及評分將該款發(fā)動機所有參數(shù)的評判矩陣輸入MCE創(chuàng)建的計算模型中，可以得到GW4C20B汽油機整機的綜合評分。圖7.4GW4C20B汽油機整機MCE模型的評判矩陣及評分7.3.2凱迪拉克CT5LSY缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價將該款發(fā)動機所有參數(shù)輸入Excel評價系統(tǒng)相應(yīng)的輸入?yún)^(qū)域，可以得到LSY汽油機整機的評判矩陣及綜合評分。圖7.5LSY汽油機整機的綜合評判矩陣及評分將該款發(fā)動機所有參數(shù)的評判矩陣輸入MCE創(chuàng)建的計算模型中，可以得到LSY汽油機整機的綜合評分。圖7.6LSY汽油機整機MCE模型的評判矩陣及評分7.3.3途昂DKX缸內(nèi)直噴汽油機整機性能評價將該款發(fā)動機所有參數(shù)輸入評價系統(tǒng)相應(yīng)的輸入?yún)^(qū)域，可以得到DKX汽油機整機的評判矩陣及綜合評分。圖7.7DKX汽油機整機的綜合評判矩陣及評分將該款發(fā)動機所有參數(shù)的評判矩陣輸入MCE創(chuàng)建的計算模型中，可以得到DKX汽油機整機的綜