doe的柴油机喷油系统参数优化研究(附件)【字数：14780】
本文将在试验设计(DOE)的基础上研究喷油系统参数的优化问题，利用DOE技术可以在不影响试验结果精确度的情况下缩短试验周期、降低试验成本。试验以某型号柴油机为研究对象，选取喷油系统参数中的轨压、喷油正时、主预喷间隔角为设计变量进行试验设计（DOE），应用响应面法（Response Surface Methodology,简称:RSM）进行参数的优化处理，以期获得优化的喷油系统参数，使得柴油机的排放参数排放参数（NOx，SOOT）和燃油消耗参数（BSFC）达到最优值。在选取喷油系统参数优化后，柴油机排放产物NOx降低，SOOT降低，并且燃油消耗率没有明显增加。关键词喷油系统；DOE；响应面法；参数优化
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 研究内容 2
第二章 试验设计（DOE）技术 4
2.1 DOE的发展 4
2.2 试验设计方法 4
2.3 基于试验设计（DOE）的响应面法 5
2.3.1 响应面法(RSM)简介 5
2.3.2 用于响应面法的试验设计方法 6
第三章 柴油机喷油参数优化试验设计 7
3.1 试验方案设计 7
3.2 柴油机基本参数和试验设备 8
3.3 试验设计数据及试验结果 9
3.4 油耗的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 11
3.4.1 油耗的响应面模型构建和各项检验 11
3.4.2 响应面模型的诊断 12
3.4.3 油耗响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 14
3.5 SOOT的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 17
3.5.1 SOOT响应面模型构建和各项检验 17
3.5.2 响应面模型的诊断 18
3.5.3 SOOT响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 20
3.6 NOX的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 23
3.6.1 NOx响应面模型构建和各项检验 23
3.6.2 响应面模型的诊断 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.6.3 NOx响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 26
第四章 最优化响应值分析 29
4.1 各喷油参数联合优化 29
4.2 总结 30
结语 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 研究背景
19世纪90年代，柴油机由一位欧洲科学家Rudolf Diesel发明，经历一个多世纪的发展，其技术已经愈发成熟，在动力方面、经济效益、排放参数等各项指标上都有很大的改进。考虑到柴油机功率大、油耗低等优点，柴油机在中小型汽车上的应用越来越多，大有取代传统汽油机的趋势[1]。
但随着近年来大气污染严重，雾霾频现，而柴油机的废气排放在这种情况下似乎使得环境污染问题雪上加霜，因此柴油机的排放指标需要加以控制，为了保护环境，柴油机的相关法规日益完善，各个柴油机厂家急切需要采取相应方法减少排放。目前主要采取的措施有：EGR、改进发动机的燃烧室结构、改进发动机的燃油供给系统、改善发动机的喷油系统等。而在这些措施中，改善燃油喷射过程至关重要。
燃烧阶段对柴油机的性能的影响十分重要，合理的柴油机燃烧阶段能够降低油耗并控制排放，而喷油系统与柴油机的燃烧阶段关系密切，喷油系统能够控制柴油机的燃烧阶段，因此研究者们纷纷将目光聚集到柴油机的喷油系统上。值得一提的是，传统的机械式的喷油控制系统已经逐渐被淘汰，目前，燃油喷射系统实现了“智能化”，由电子技术控制，柴油机只需要通过控制一些有价值的喷油系统参数，例如：燃油喷射的数量、喷油正时、主预喷间隔角、轨压等，即可实现最终柴油机性能与排放的优化。但是，如何控制喷油参数，从而达到柴油机在各工况范围内排放与性能的最优化，是问题的关键。这就需要引入一种试验设计（DOE）方法，对柴油机的喷油参数进行优化，最终得到最佳喷油参数[2]。
1.2 研究意义
柴油机的发明与发展是人类对于现代文明的追求，是为了让人们的生活更加方便快捷，但这背后付出的代价使我们不能承受的，而这正是我们研究的意义。
首先，柴油机排放的尾气需要加以控制，柴油机排放的尾气中包含二氧化碳，这对人类来说是无害的，但却引起了地球的“温室效应”，导致全球变暖，生态失衡；另外，柴油机排放的尾气中还包含着威胁人类健康的气体，它们包括少量的NO、NO2、HC、CO、SO2和 PM，它们严重影响了人类原本健康的生活品质，这种情况亟需得到控制，否则再过几年将变得更糟。
其次，柴油机消耗的燃油正使地球上的矿物燃料渐渐消耗。虽说同等情况下柴油机与汽油机相比，前者消耗的燃油要少点，但是目前情况来看总是越少越好。地球上的能源总量是有限的，而石油的储存量更是少之又少，据权威部门分析，全球可开采的石油量仅仅可供开采四十到六十年，在我们没有研发出可替代能源之前，要尽量减少柴油机对燃油的消耗。众所周知，我国是一个能源短缺的国家，人均剩余能源的总量仅为全球均值的十分之一，因此，节能和开发新能源已经迫在眉睫。
结合环境污染与能源短缺的情况，世界范围内的内燃机污染物的排放法规越来越严格，我国对于内燃机的排放标准也提升了很多。因此，现阶段对柴油机喷油系统的研究，实现降低排放的研究目标，是有重要意义和价值的。
1.3 研究内容
为了降低排放过程中污染物（NOx和SOOT）的排放，同时尽可能的不增加燃油消耗率，显然对柴油机的喷油参数进行优化调整是一种有效的方法。在这项研究中，目标是对轨压、喷油正时和主预喷间隔角这三个喷油系统参数进行多目标联合优化，以保证柴油机及其喷油系统在各种情况下，降低油耗与排放。
在对喷油参数的选择上要慎重，尽量选择那些对柴油机燃烧过程有影响的参数，这些参数是整个试验的输入变量，直接影响试验的成败，比较重要的喷油参数有喷油压力、喷油正时和主预喷间隔角度，这次试验就选择它们为输入变量。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 研究内容 2
第二章 试验设计（DOE）技术 4
2.1 DOE的发展 4
2.2 试验设计方法 4
2.3 基于试验设计（DOE）的响应面法 5
2.3.1 响应面法(RSM)简介 5
2.3.2 用于响应面法的试验设计方法 6
第三章 柴油机喷油参数优化试验设计 7
3.1 试验方案设计 7
3.2 柴油机基本参数和试验设备 8
3.3 试验设计数据及试验结果 9
3.4 油耗的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 11
3.4.1 油耗的响应面模型构建和各项检验 11
3.4.2 响应面模型的诊断 12
3.4.3 油耗响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 14
3.5 SOOT的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 17
3.5.1 SOOT响应面模型构建和各项检验 17
3.5.2 响应面模型的诊断 18
3.5.3 SOOT响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 20
3.6 NOX的响应面模型构建和模型检验及各参数对其影响 23
3.6.1 NOx响应面模型构建和各项检验 23
3.6.2 响应面模型的诊断 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.6.3 NOx响应曲面等高线图及各交互参数对其影响 26
第四章 最优化响应值分析 29
4.1 各喷油参数联合优化 29
4.2 总结 30
结语 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 研究背景
19世纪90年代，柴油机由一位欧洲科学家Rudolf Diesel发明，经历一个多世纪的发展，其技术已经愈发成熟，在动力方面、经济效益、排放参数等各项指标上都有很大的改进。考虑到柴油机功率大、油耗低等优点，柴油机在中小型汽车上的应用越来越多，大有取代传统汽油机的趋势[1]。
但随着近年来大气污染严重，雾霾频现，而柴油机的废气排放在这种情况下似乎使得环境污染问题雪上加霜，因此柴油机的排放指标需要加以控制，为了保护环境，柴油机的相关法规日益完善，各个柴油机厂家急切需要采取相应方法减少排放。目前主要采取的措施有：EGR、改进发动机的燃烧室结构、改进发动机的燃油供给系统、改善发动机的喷油系统等。而在这些措施中，改善燃油喷射过程至关重要。
燃烧阶段对柴油机的性能的影响十分重要，合理的柴油机燃烧阶段能够降低油耗并控制排放，而喷油系统与柴油机的燃烧阶段关系密切，喷油系统能够控制柴油机的燃烧阶段，因此研究者们纷纷将目光聚集到柴油机的喷油系统上。值得一提的是，传统的机械式的喷油控制系统已经逐渐被淘汰，目前，燃油喷射系统实现了“智能化”，由电子技术控制，柴油机只需要通过控制一些有价值的喷油系统参数，例如：燃油喷射的数量、喷油正时、主预喷间隔角、轨压等，即可实现最终柴油机性能与排放的优化。但是，如何控制喷油参数，从而达到柴油机在各工况范围内排放与性能的最优化，是问题的关键。这就需要引入一种试验设计（DOE）方法，对柴油机的喷油参数进行优化，最终得到最佳喷油参数[2]。
1.2 研究意义
柴油机的发明与发展是人类对于现代文明的追求，是为了让人们的生活更加方便快捷，但这背后付出的代价使我们不能承受的，而这正是我们研究的意义。
首先，柴油机排放的尾气需要加以控制，柴油机排放的尾气中包含二氧化碳，这对人类来说是无害的，但却引起了地球的“温室效应”，导致全球变暖，生态失衡；另外，柴油机排放的尾气中还包含着威胁人类健康的气体，它们包括少量的NO、NO2、HC、CO、SO2和 PM，它们严重影响了人类原本健康的生活品质，这种情况亟需得到控制，否则再过几年将变得更糟。
其次，柴油机消耗的燃油正使地球上的矿物燃料渐渐消耗。虽说同等情况下柴油机与汽油机相比，前者消耗的燃油要少点，但是目前情况来看总是越少越好。地球上的能源总量是有限的，而石油的储存量更是少之又少，据权威部门分析，全球可开采的石油量仅仅可供开采四十到六十年，在我们没有研发出可替代能源之前，要尽量减少柴油机对燃油的消耗。众所周知，我国是一个能源短缺的国家，人均剩余能源的总量仅为全球均值的十分之一，因此，节能和开发新能源已经迫在眉睫。
结合环境污染与能源短缺的情况，世界范围内的内燃机污染物的排放法规越来越严格，我国对于内燃机的排放标准也提升了很多。因此，现阶段对柴油机喷油系统的研究，实现降低排放的研究目标，是有重要意义和价值的。
1.3 研究内容
为了降低排放过程中污染物（NOx和SOOT）的排放，同时尽可能的不增加燃油消耗率，显然对柴油机的喷油参数进行优化调整是一种有效的方法。在这项研究中，目标是对轨压、喷油正时和主预喷间隔角这三个喷油系统参数进行多目标联合优化，以保证柴油机及其喷油系统在各种情况下，降低油耗与排放。
在对喷油参数的选择上要慎重，尽量选择那些对柴油机燃烧过程有影响的参数，这些参数是整个试验的输入变量，直接影响试验的成败，比较重要的喷油参数有喷油压力、喷油正时和主预喷间隔角度，这次试验就选择它们为输入变量。
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