０．４
８２．４６１０ＣＡ、ＥＶＣ为４３８。ＣＡ。其他角度不变，表２为 优化前后的对比。
Ｏ．３
豢
甏ｏ．２
稻
Ｏ．１
Ｏ．Ｏ ＩＶＯ
ＥＶＣ
ＥＶＯ
ＩＶＣ
图２ ４个角度对充气效率影响的敏感系数
从图２看出，排气门开启和关闭的角度对充气 效率的影响最大，优化的变量定为ＥＶＣ和ＥＶＯ，优 化的目标是缸内的最大充气效率，使其能够同时满 足提升缸内最大爆发压力、减小的燃油消耗率和提 升柴油机的扭矩。
图３一图６分别表示了不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合 对充气效率、最大爆发压力、燃油消耗率和扭矩的 影响。
图４不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对缸内最大 爆发压力的影响
图５不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对 燃油消耗率的影响
图３不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对充气效率的影响 从图３一图６看出，充气效率最大的点出现在 排气门开度最大，即开启最早、关闭最晚的时刻，但 是其他几个参数未能满足最优。最小油耗率和最 大扭矩都出现在ＥＶＯ为８０。ＣＡ的左右，综合上面 几个因素，计算得到一组最佳的组合角度：ＥＶＯ为
况，对于司机的操纵能够提出更加实际的建议。
参考文献：
［１］何庆．基于遗传算法和模糊专家系统的列车优化控制［Ｄ］． 成都：西南交通大学硕士学位论文，２００６．
［２］席少林，赵风治．最优化计算方法［Ｍ］．北京：科学出版社，
１９８３．
［３］李玉生．基于遗传算法的列车节能控制研究［Ｊ］．系统仿真学 报，２００７。１９（２）：１－－－４．
综合以上的因素，通过ＤＯＥ计算得到一组最 佳的组合，其他角度不变。表３为优化结果对比。
表３优化结果对比
图８不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对缸内 最大爆发压力影响
图９不同ＥＶＥ和ＥＶＯ组合对燃油 消耗率的影响
图１０不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对功率的影响
３．３ ７００ ｒ／ｍｉｎ转速下的优化 ７００ ｒ／ｒｎｉｎ是该柴油机进行试验的最低转速，模
４结论
（１）利用ＧＴ－ＰＯＷＥＲ软件对柴油机配气相位 进行分析和计算，可以方便和较快地对柴油机进行 优化设计，缩短开发时间。
（２）从上面几个优化结果的前后对比来看，对 柴油机的充气效率、功率和油耗性能均有一定程度 的提升。这表明，在现有机型上，通过优化配气定
时，可以进一步提升柴油机潜力。
，
（３）由于计算时间的影响，笔者只对充气效率
万方数据
图６不同ＥＶＣ Ｅｖｏ组合对扭矩的影响
“
第３期（总第４０９期）
朱｛机等：基于ＧＴ－ＰＯＷＥＲ的柴油机配气定时的优化设计
２１
表２优化结果对比
３．２ ｌ １００ ｒ／ｎａｎ转速下的优化 １ １００ ｒ／ｍｉｎ是柴油机试验的中间转速，也是一
个比较典型的转速。图７显示了在此转速下４个 角度对充气效率影响的敏感系数。
拟作为怠速下的优化。从图１２中看出，此时除了 排气门关闭角度外，其他３个角度对充气效率影响
万方数据
内燃机车
２００８年
图１１不同ＥＶＣ和ＥＶＯ组合对扭矩的影响 的敏感系数差不多，故同时对ＩＶＯ、ＥＶＯ和ＩＶＣ这３ 个角度进行优化。
ｏ．４
Ｏ．３
籁
》２
拯
Ｏ．１
Ｏ．０ ＩＶＯ
ＥＶＣ
ＥＶＯ
ＩＶＣ
图１２ ４个角度对充气效率影响的敏感系数
影响最敏感的几个角度进行优化，在以后的研究
中，可以进行全角度的优化，得到更为优化的结果。
参考文献：
［１］刘永长．内燃机热力过程模拟［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
２００１． ［２］刘锋，张扬军．内燃机一维非定常流动［Ｍ］．北京：清华大学
出版社，２００７． ［３］顾宏中．涡轮增压柴油机性能研究［Ｍ］．上海：上海交通大学
万方数据
内燃机车
２００８正
柴油机配气机构的改进指明了方向。 优化分别在柴油机的３个转速，即１ ５００ ｒ／ｒａｉｎ、
１ １００ ｒ／ｒａｉｎ和７００ ｒ／ｒａｉｎ下进行ｏ ３．１ １ ５∞ｒ／ｒａｉｎ转速下的优化
１ ５００ ｒ／ｒｎｉｎ为该柴油机试验的最大转速，在该 转速下考察４个角度对充气效率的影响程度，如图 ２所示。
关键词：ＧＴ－ＰＯＷＥＲ；配气定时；敏感系数；优化设计 中图分类号：ＴＫ４１１＋．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－１８２０（２∞８）０３－００１８－０６’
１前言
近年来受大气暖化、石油价格上升以及新的排 放法规等一系列因素的影响，对柴油机各方面要求 越来越高，要求各柴油机厂家进一步提升现有机型 的性能以及能够开发出性能优异的新产品，而传统 的实机试验方法，耗财耗力，更不能迅速地掌握新 参数对柴油机整机性能的影响。随着计算机技术 的发展、各类计算模型和预测模型的不断完善，数 值模拟计算的方法在内燃机研制和开发中得到广 泛的应用。配气定时直接影响着内燃机的进排气 性能，对燃烧过程的好坏起着至关重要的作用，因 而对内燃机的动力性、经济性及排气污染都有重要 的影响。但是柴油机的配气定时是根据标定工况 来确定的，部分负荷运行时配气正时很不理想。本 文利用ＧＴ－ＰＯＷＥＲ软件建立柴油机的模型，并分别 在３个转速下，模拟计算不同配气相位对柴油机性 能的影响，并通过优化设计的方法，找到对应转速 下的最佳配气相位，为厂家改进提供依据。
［７］王自力．列车操纵优化的离线寻优［Ｄ］．成都：西南交通大学 硕士学位论文，１９９３．
［８］刘金琨．先进ＰＩＤ控制舰忸√幔仿真［Ｍ］．北京：电子工业出
版社。２００４．
万方数据
出版社，１９９８．
【上接第ｌｏ页】 ５结论
本文通过Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ编程，利用遗传算法实现 了任意给定线路上的列车操纵曲线寻优，最佳个体 就是最终的优化曲线。从计算结果来看，所求解的 精度能够充分满足列车在线路上运行的时间、距 离、限速等约束，在第３６４代时就已经收敛到最佳 结果，极大缩短了寻优时间，为进一步实现在线寻 优打下坚实的基础。计算结果可以证明，实数编码 的遗传算法，不但能够省去编码和解码的步骤，在 采取保留最佳个体策略时可以得到一个很好的收 敛结果，当采用与遗传代数相关的不断变化的变异 概率和均匀交叉算子时还能够大大加快计算结果 的收敛。在计算过程中，引入了牵引、惰行、动力制 动等不同的操纵工况来模拟实际线路上的运行情
／％
／％
／ＭＰａ
／％
／ｇ＂（ｋＷｈ）一１ 值／％
值／Ｎ．ｍ 值／％
值／ｋｗ
值／％
ｍ
舢姗仰 拟珊窭； 盯抖砸
臀舶
加Ｌ
心ｎ乳 ｍ豁
ｍ胁轮竹
抛ｍ研 驼孔酾
●玑Ｏ ＿Ⅲｍ
狮姒ｍ ＂稻田
。乩ｍ ■ｍ埔 ｜奔现眠 脱ｍ研
；堇一
从上面的数据我们可以认为，前面的数学预测 方法的结果是可以信赖的，其与计算值的误差最大 不会超过５％，而大部分误差在１％内。
ＧＴ－ＰＯＷＥＲ建立的模型包括进气系统、排气系 统、涡轮增压系统、中冷系统、喷油部件、气缸和曲 轴箱等。在进行配气相位优化设计以前，必须对模 型的准确性进行校准。校准的方式是与试验数值 进行对比，校准的参数包括空气质量流量、燃油质 量流量、功率、扭矩以及缸内压力曲线等。图ｌ所 示的就是试验值与模拟计算值的校准对比图，其中
３配气定时的优化设计
在进行配气定时的优化之前，首先定义优化的 目标。一般考虑的原则是使柴油机具有良好的充 气效率，以保证它的动力性。充气效率是指每一个 进气行程所吸入的空气质量与标准状态下占有气 缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。在相同 条件下，柴油机的扭矩特性与充气效率成正比，充 气效率大，进入气缸参与燃烧的空气就多，功率就 大；反之，则造成功率下降，并有可能因为进气不足 引起燃烧不充分、积碳、冒黑烟、油耗增大等问题。 柴油机采用涡轮增压就是提高缸内充气效率最有 效的措施。但是进气效率并不是唯一的指标，同时
由于配气定时在不同转速下对柴油机的充气 效率影响不同，因此，在不同转速下都有其对应的 最佳配气定时，配气定时应该随着转速和工况的变 化而变化。配气定时的优化不是简单移动进排气 门的升程图，而是把升程图看成是弹性的，可以“膨 胀”和“压缩”，当然也可以进行提前和延后的调整。 因而可以灵活地组合各种配气相位。虽然在现实 的机械机构中还不能轻松实现此功能，但做为模拟 计算还是有意义的，可以进行知识的储备，为以后
［４］雷荚杰，张善文．遗传算法工具箱及应用［Ｍ］．西安：西安电 子科技大学出版社，２００６．
［５］林丹，李敏强，寇纪凇．基于实数编码的遗传算法的收敛性研 究［Ｊ］．计算胡研究与发展，２０００，３７（１１）：１３２２－－１３２６．
［６］石玉，于盛林．实数交叉算子的选取和算法改进［盯．南京邮 电学院学报，２００２，２２（２）：４２—４５．
万方数据
第３期（总第４０９期）
朱稀飞等：基于Ｇ＇ｒ－ＰＯＷＥＲ的柴油机配气定时的优化设计
１９
＾
’ｌ
＼
Ｊ
｛
／
。＼ ：ｊ－一
转速转角／ｏＣＡ
／
／１
／
／。 ／
／ ’·试验值 一计算值
／－
，／
／
’
／／
篁
删
／
爆
蚓 蝗
／ ．试 验值
景 鏊
／ ／。 ，，
一计 ‘算１１１
，
转速／ｒ．ｍｉｎ－ｌ
／－
－
／’
≥ 爸
．，／
率、最大的缸内爆发压力和最大的扭矩，最小油耗 率出现在进气门开启角最小的时候，在进气门关闭
第３期（总第４０９期）
朱纬飞等：基于６７－ＰＯＷＥａ的柴油机配气定时的优化设计
２３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
转速
查皇鍪皇
坚塑垦奎堡垄堡垄
丝塑塑垦皇
垫堑
垫皇
７，ｒ“ ”■４ ．。计算验证值预测误差值计算验证值预测误差值计算验证值预测误差计算验证预测误差计算验证预测误差
收修回稿日期：２００７．１０－１２