响应面的柴油机喷射系统的多目标优化研究(附件)【字数：14418】
摘 要摘 要二十一世纪是科学信息技术飞速发展的时代，计算机的数据计算和处理能力的提升尤为凸起，科技的发展为内燃机的发展做出了很大的贡献，诞生了许多全新的优化方法，改变了以往研究的旧思路，使内燃机的数据的获取，处理和优化变得有依有据。响应面法( Response Surface methodology，RSM)即响应曲面法，它能利用多次线性方程以及多元二次的线性方程来估量响应值，又能判定数据之间的函数关系，把以往研究进程中看似复杂多变的数据关系用一个多维曲面图的方式直观的表现出来，随后，我们可以运用函数求导等数学方法，以及对多维曲面图与等高线的研究，得出最佳的数据条件。本文通过引用响应面法这种新的优化设计方法建立了将轨压、喷油正时以及主预喷间隔角为设为输入值，将燃油消耗率、NOx和SOOT排放设置为响应值的响应面函数。优化设计的理念是综合运用响应面工具对以上的控制参数进行最佳的优化从而得出最佳方案。关键词柴油机；喷射系统；多目标优化；响应面法（RSM）
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文研究的背景 1
1.2 柴油机发展面临的问题 1
1.3 柴油机喷射系统的研究现状及发展 2
第二章 响应面法 4
2.1 简介 4
2.2 应用于化学工业和生物学 6
2.3 应用于工程建设 6
2.3.1 车辆动力学中 6
2.3.2 可靠性分析及结构优化设计中 7
2.4 应用于其他领域和本文的研究 8
2.5 未来发展前景 9
第三章 柴油机的优化实验设计 10
3.1 实验介绍与设计步骤 10
3.1.1基本参数和测试设备 11
3.2 实验设计结果 12
3.3 燃油消耗率的数学模型 15
3.3.1 模型构建和检验 15
3.3.2 模型的诊断 16
3.3.3响应曲面等各参数对其影响 19
3.4 NOx的数学模型 20
3.4.1 模型构建和检验 20
3.4.2 模型的诊断 21
3.4.3 响应曲面等各参数对其影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
23
3.5 SOOT的数学模型构建 25
3.5.1 模型构建和检验 25
3.5.2 模型的诊断 26
3.5.3 响应曲面等各参数对其影响 38
第四章 最优参数分析 30
4.1响应值的联合优化 30
4.2优化结果分析 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34 第一章 绪论
1.1 论文研究的背景
随着我国重工业的迅猛发展，柴油机作为重要的动力产生源，具有不容小觑的地位。现今柴油机已经拥有了涡轮增压、共轨、电控直喷、中冷等这些先进的技术，它们能很好的处理二氧化碳的排放和节能问题，在涉及广泛领域的产业链中均占据着十分重要的地位[1]。在满足社会需要的前提下，柴油机有着单机的功率重量比大，安全可靠和燃料补充方便等突出优势，很好的解决了动力能源移动方便的问题。并且在方便移动动力源领域占据了高达90%的比重[2]。但是，面对能源减缩，环境污染，排放法规等一系列问题的出现，对柴油机的各项要求越来越高，该行业也随之面临着极大的挑战。
柴油机喷射系统对柴油机性能起到非常重要的作用。柴油机经过燃烧后排放出的气体中含有少部分的HC和CO，绝大部分是NOx和SOOT。面对越发严格的排放法规，柴油机各性能的要求也越来越高。对柴油机喷射系统进行多目标的优化研究是更好的解决柴油机排放问题的关键所在。柴油机喷油系统多目标参数的匹配是在柴油机各个性能间取得平衡的重点。这种具有非线性的喷油系统设计参数如何建立起可靠的数学函数关系也是有很大的难度的[3]。面对这种存在复杂关系的多目标研究，基于响应面的优化研究方法应运而生。
1.2柴油机发展面临的问题
站在国人的健康和生活空气质量的角度，解决环境严重污染问题首当其冲。大气污染可以分支为两部分，第一类是有毒气体污染，它严重危害着人体健康。这种极具有毒成分的气体统称为区域污染。有害气体的来源之一就是柴油机有毒气体的排放，它的成分中占绝大多数的是N2，02，C02等有害物质，只有很小部分的无害成分，有毒成分对人体健康的危害可想而知。第二部分是严重的空气污染，主要是由于全球性污染带来的。现今社会，滥砍滥伐现象严重，激增的二氧化碳排放量带来了温室效应，全球变暖，雾霾等大气污染日趋严重，不仅如此，地球臭氧层也遭到前所未有的破坏；柴油机正常运作给大气环境带来了巨大压力，不仅威胁我们的生活环境大气空气质量，甚至对我们的身体健康带来不利影响所以如何快速有效的解决这个问题成为当务之急。
其次中国是人口大国，为了维持庞大的人口生存需要，能源的持续不间断供应是最基本的要求，可是当前全球能源总需求远远大于日趋减少的全球能源总供给，根据权威能源机构的解释，全球能开采石油总量只能维持四十年至六十年，随之而来的将是全球性的能源供不应求的现象。作为能源极其短缺的我国来说，人均可利用能源的总量不到全球均值的十分之一数量。随着日益增加的石油开采量，石油储量越来越少了，我们除了从自身开始学会节能还应加快开发新能源的步伐。
为了改善能源和环境问题的现状，我们国家逐渐提高了对柴油机的有害排放物的检测标准，同时进一步限制了规范标准，包括我国在内的全球柴油机污染物的排放法规也越来越苛刻。为了改进柴油机的发展局面，恰当的应对这个问题，大批的学者经过深入的研究和摸索，发现避开这个问题的重中之重是如何用最简便而且容易推广的方法来降低缩小柴油机生产运作中污染气体的排放量。处于全球逐渐恶化的环境污染和能源供应不足的大环境下，本文的研究颇具理论意义和实际价值。
1.3柴油机喷射系统的研究现状及发展
柴油机经过一百多年的发展，已经从里里外外进行了大量的改进，如今已经集中了很多先进的技术。对于喷射系统而言，它也经历了很大的发展历程，大到结构布置小到零件参数，让柴油机喷射系统拥有精准可靠等一系列特点。电子技术的发展让柴油机进入了电控时代，最早的电控喷油系统仍然继承了传统喷油系统泵——嘴——管的布置方式，只是在其中环节上加入了一些控制更为精准的装置来控制柴油机工作时的喷油量和喷油正时，以保证喷射系统的精准性。但这样也减慢了的整个控制过程，降低了系统的喷射压力[4]。更为精准的电控系统是对一些零部件进行了改造，加强的喷油始点和终点的控制，使喷油系统和燃烧系统更加完美的配合，给整个柴油机的性能带来更大的优化。经过一些研究人员对柴油机的研究发现，喷射系统的预喷射对整机的工作过程来说显得十分的关键。预喷射的好坏对柴油机的噪声污染和排放污染有着很好的控制作用。并且喷油压力的合理变化也是影响柴油机性能优劣的一个重要原因。面对人们对柴油机要求的增加，共轨式喷油系统由此诞生。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文研究的背景 1
1.2 柴油机发展面临的问题 1
1.3 柴油机喷射系统的研究现状及发展 2
第二章 响应面法 4
2.1 简介 4
2.2 应用于化学工业和生物学 6
2.3 应用于工程建设 6
2.3.1 车辆动力学中 6
2.3.2 可靠性分析及结构优化设计中 7
2.4 应用于其他领域和本文的研究 8
2.5 未来发展前景 9
第三章 柴油机的优化实验设计 10
3.1 实验介绍与设计步骤 10
3.1.1基本参数和测试设备 11
3.2 实验设计结果 12
3.3 燃油消耗率的数学模型 15
3.3.1 模型构建和检验 15
3.3.2 模型的诊断 16
3.3.3响应曲面等各参数对其影响 19
3.4 NOx的数学模型 20
3.4.1 模型构建和检验 20
3.4.2 模型的诊断 21
3.4.3 响应曲面等各参数对其影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
23
3.5 SOOT的数学模型构建 25
3.5.1 模型构建和检验 25
3.5.2 模型的诊断 26
3.5.3 响应曲面等各参数对其影响 38
第四章 最优参数分析 30
4.1响应值的联合优化 30
4.2优化结果分析 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34 第一章 绪论
1.1 论文研究的背景
随着我国重工业的迅猛发展，柴油机作为重要的动力产生源，具有不容小觑的地位。现今柴油机已经拥有了涡轮增压、共轨、电控直喷、中冷等这些先进的技术，它们能很好的处理二氧化碳的排放和节能问题，在涉及广泛领域的产业链中均占据着十分重要的地位[1]。在满足社会需要的前提下，柴油机有着单机的功率重量比大，安全可靠和燃料补充方便等突出优势，很好的解决了动力能源移动方便的问题。并且在方便移动动力源领域占据了高达90%的比重[2]。但是，面对能源减缩，环境污染，排放法规等一系列问题的出现，对柴油机的各项要求越来越高，该行业也随之面临着极大的挑战。
柴油机喷射系统对柴油机性能起到非常重要的作用。柴油机经过燃烧后排放出的气体中含有少部分的HC和CO，绝大部分是NOx和SOOT。面对越发严格的排放法规，柴油机各性能的要求也越来越高。对柴油机喷射系统进行多目标的优化研究是更好的解决柴油机排放问题的关键所在。柴油机喷油系统多目标参数的匹配是在柴油机各个性能间取得平衡的重点。这种具有非线性的喷油系统设计参数如何建立起可靠的数学函数关系也是有很大的难度的[3]。面对这种存在复杂关系的多目标研究，基于响应面的优化研究方法应运而生。
1.2柴油机发展面临的问题
站在国人的健康和生活空气质量的角度，解决环境严重污染问题首当其冲。大气污染可以分支为两部分，第一类是有毒气体污染，它严重危害着人体健康。这种极具有毒成分的气体统称为区域污染。有害气体的来源之一就是柴油机有毒气体的排放，它的成分中占绝大多数的是N2，02，C02等有害物质，只有很小部分的无害成分，有毒成分对人体健康的危害可想而知。第二部分是严重的空气污染，主要是由于全球性污染带来的。现今社会，滥砍滥伐现象严重，激增的二氧化碳排放量带来了温室效应，全球变暖，雾霾等大气污染日趋严重，不仅如此，地球臭氧层也遭到前所未有的破坏；柴油机正常运作给大气环境带来了巨大压力，不仅威胁我们的生活环境大气空气质量，甚至对我们的身体健康带来不利影响所以如何快速有效的解决这个问题成为当务之急。
其次中国是人口大国，为了维持庞大的人口生存需要，能源的持续不间断供应是最基本的要求，可是当前全球能源总需求远远大于日趋减少的全球能源总供给，根据权威能源机构的解释，全球能开采石油总量只能维持四十年至六十年，随之而来的将是全球性的能源供不应求的现象。作为能源极其短缺的我国来说，人均可利用能源的总量不到全球均值的十分之一数量。随着日益增加的石油开采量，石油储量越来越少了，我们除了从自身开始学会节能还应加快开发新能源的步伐。
为了改善能源和环境问题的现状，我们国家逐渐提高了对柴油机的有害排放物的检测标准，同时进一步限制了规范标准，包括我国在内的全球柴油机污染物的排放法规也越来越苛刻。为了改进柴油机的发展局面，恰当的应对这个问题，大批的学者经过深入的研究和摸索，发现避开这个问题的重中之重是如何用最简便而且容易推广的方法来降低缩小柴油机生产运作中污染气体的排放量。处于全球逐渐恶化的环境污染和能源供应不足的大环境下，本文的研究颇具理论意义和实际价值。
1.3柴油机喷射系统的研究现状及发展
柴油机经过一百多年的发展，已经从里里外外进行了大量的改进，如今已经集中了很多先进的技术。对于喷射系统而言，它也经历了很大的发展历程，大到结构布置小到零件参数，让柴油机喷射系统拥有精准可靠等一系列特点。电子技术的发展让柴油机进入了电控时代，最早的电控喷油系统仍然继承了传统喷油系统泵——嘴——管的布置方式，只是在其中环节上加入了一些控制更为精准的装置来控制柴油机工作时的喷油量和喷油正时，以保证喷射系统的精准性。但这样也减慢了的整个控制过程，降低了系统的喷射压力[4]。更为精准的电控系统是对一些零部件进行了改造，加强的喷油始点和终点的控制，使喷油系统和燃烧系统更加完美的配合，给整个柴油机的性能带来更大的优化。经过一些研究人员对柴油机的研究发现，喷射系统的预喷射对整机的工作过程来说显得十分的关键。预喷射的好坏对柴油机的噪声污染和排放污染有着很好的控制作用。并且喷油压力的合理变化也是影响柴油机性能优劣的一个重要原因。面对人们对柴油机要求的增加，共轨式喷油系统由此诞生。
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