【《缸内直喷汽油机整机性能评价的实证探究》14000字】

缸内直喷汽油机整机性能评价的实证研究摘要本文的目的在于建立一个评价系统，以准确的评价不同款汽油机的整机性能的优劣。但汽油机的性能包含着许多不同的方面，比如：转矩、功率、升功率、比质量、燃油消耗率以及尾气排放。不可能用单一指标来评价它的整体性能，为此我将引入层次分析法以及模糊综合评判的方法。首先利用层次分析法组成评判矩阵，得出不同性能指标在整机性能中所占的权重；再通过模糊综合评价法求得各指标的得分以及隶属度；最终结合所得权重以及得分为汽油机整机性能打分。以得分的高低来评价不同汽油机整机性能的优劣。利用Excel中IF函数开发评判矩阵，输入指标参数即可得到综合评分，使用MCE建立评价模型与Excel的评判结果进行对比，使评价结果更权威。关键字：缸内直喷汽油机；层次分析法；模糊综合评价法；隶属函数目录1绪论 绪论1.1研究背景及目的由于生产力的提升使更多的家庭可以购买自己的车了，但发动机有非常高的技术含量，一般的人无法对发动机的好坏做出判断。所以我们就需要设计开发一个评价系统，人们利用可以查询的相关参数对发动机的好坏做出评判，根据评判结果更合理的选择发动机。评价系统不仅可以帮助车主更直观的了解发动机，还可以帮助汽车厂商更好的改进发动机的性能。因此，本课题的目的就在于设计一个合理的评价系统，只需要输入发动机的各项参数指标，就可以计算出评价结果，帮助人们更加了解发动机性能，便于选择符合自己需求的车辆。1.2研究的重难点事实上，代表发动机性能指标有许多，包括经济性、动力性指标，以及紧凑性指标、强化指标、排放指标等。虽然发动机的每一项指标都有其含义，但我们在对发动机进行评价的过程中很难对所有的指标进行评判，而这就需要我们做出取舍，选择具有代表意义的参数进行评判。因此，本课题重点之一就在于选取合适的指标对发动机进行评价。在我们进行评价时，如何对选取的指标进行合理的权重分配，也是研究的难点。虽然我们可以获得发动机的部分参数，但可能这些参数我们无法直接用于评判，所以就需要对部分参数就行处理，对这部分无法直接利用的参数处理也是难点之一。1.3国内外设计现状在国内对汽车发动机的评价中，一般选择最大功率、最大扭矩、升功率、排放标准、比质量等指标[1]。我们可以选取不同的方法确定指标的权重，一般会选取模糊综合评价法进行整机性能评价。国外对发动机评价有也有许多的不同的方法值得我们研究，在国外被大多数人所认可的是沃德十佳发动机[2]的评测，通过驾驶模拟测试，依据车辆测试的结果进行评价，每年将评测结果公布供人们参考，其评价过程较为严谨，需历时1~2个月。1.4拟采用的途径（1）确定评价指标体系缸内直喷汽油机评价指标有许多不同的方面，经过比对分析，选取升功率、最大功率、最大扭矩、燃油消耗率、比质量、排放标准这6个指标来对缸内直喷汽油机进行综合评价。（2）确定指标权重本文采取层次分析法[3]确定指标权重，首先将指标互相比较，用数值量化其相对重要程度，构建评判矩阵。其次对检验矩阵是否符合逻辑再对其进行归一化处理，从而得到指标权重。（3）指标评价方法本文对指标进行采用模糊评价法进行分析处理，建立指标的隶属函数[4]，判断指标隶属度。根据需要，我们将指标分为四个等级，以便于我们进行评价结果的说明，每个等级对应不同的分值便于量化评价结果。（4）计算综合评分将指标的权重矩阵与指标的隶属函数判断矩阵相乘德奥一个新的矩阵，将这个新的矩阵与分值矩阵相乘，就得到缸内直喷汽油机的综合评分。(5)开发评价系统本文使用Excel软件中的IF函数模块，将评价方案制作为有实际作用的汽油机整体评价系统。我们只需要输入发动机夫人参数，就可以直接得到整机性能综合评价的隶属矩阵以及综合评分。本文也将采用MCE软件建立缸内直喷汽油机的评价模型用以对Excel评价系统得到的综合评分进行验证，以保证评分的准确性。

2缸内直喷汽油机现状2.1缸内直喷技术2.1.1缸内直喷技术缸内直喷技术[5]是指在进排气门之间配有喷油器，高压燃油直接喷入燃烧室，燃烧平稳高效。缸内直喷通过均匀燃烧和分层燃烧烧实现了高负载工况下、尤其是低负载状态下的油耗降低，还能提升动力的技术。2.1.2均匀燃烧汽油机的均匀燃烧[6]空气与燃油已基本达到充分均匀混合的程度，火花塞点火后火焰从点火火核传播到整个缸内，这是目前最广泛的汽油机燃烧组织方式。2.1.3分层燃烧汽油机的分层燃烧是指在火花塞点火时还有相当的燃油与空气未达到充分均匀混合，点火成功后火核逐渐增大，燃油一边蒸发、与空气混合、一边燃烧，这种燃烧组织方式的优点是利用分层实现高度烯燃利于效率，缺点是排放较差。2.2缸内直喷技术国内外现状缸内直喷技术诞生于1920年代[7]，最开始只是在军事技术领域使用。奔驰生产的300SL在1950年之后才逐步将其应用于汽车领域。此后，由于电控技术受限，缸内直喷技术并没有得到进一步的发展。1970年代，福特利用分层燃烧技术开发了ProCo系统，但因为种种原因该系统并未发展起来。1990年代之后，一些严格控制环境和能源消耗的国家对电子控制和制造技术进行改进，各大汽车制造商都开发了自己的缸内直喷技术。1996年，三菱率先在Galant轿车上搭载了采用缸内直喷技术的自然吸气发动机4G93[8]，该发动机率先使用了曲顶活塞和竖直进气道，提高了发动机燃烧完全动力，降低油耗，并且在高负荷工况下喷油产生很强的混合气涡流可以减少进气阻力。丰田在1998年发布了应用有D4直喷系统的SN和ZN系列发动机[9]。2005年用于3GR-FSE发动机。为了实现均质燃烧，只使用一组喷油器伸入气缸中。丰田开发了基于D4直喷系统的直喷技术D4-S，并应用于2GR-FSE发动机。该系统兼具直接喷射和间接喷射的优点，各气缸都配备能够满足不同负荷工况下的燃油喷射和燃烧控制要求的低压喷油器和高压喷油嘴。奔驰2006年发售了缸内直喷系统CGI[10]，2010年推出的缸内直喷系统BlueDirect。该系统使用多点喷射、多重火花点火技术和压电燃油喷射来提高的燃烧效率和降低的排放水平。随着近些年来GDI发动机逐渐被大家认可，保时捷、法拉利等公司也在发展自己的缸内直喷技术[11]。欧洲和美国的汽油技术以大众、菲亚特、标致、通用等为代表[12]。近年来，他们引领了增压小型化的技术潮流，如大众的EA21系列汽油机和福特的EcoBoost系列汽油机。目前正在开发或量产的汽油发动机采用米勒循环（EIVC）结合增压缸内直喷技术，以便从小型化过渡到适型化开发。日本的汽油发动机技术[13]以丰田和本田为代表。有两个主要方向。一是混合动力车型的自然吸气、外部EGR、阿特金森循环（LIVC）技术，二是沿用欧美技术增压小型化。我国目前中国汽车行业的市场份额主要被各家龙头企业占据[14]。从产销规模上看，上汽、东风、一汽、北汽、广汽、长安六大综合性汽车集团具备较强的竞争优势，他们也引领了我国的汽油机技术的发展。汽油机仍有很大的发展潜力。先进的技术和控制策略正在兴起。汽油发动机仍是未来乘用车的主要动力。2.3发展前景由于缺乏能源、资源，环境问题日益突出。近年来，越来越多的人关注环境保护，国内的环境法律法规也越来越严格。汽车作为当今重要的交通工具，人们越来越关注它。从改革开放到现在，中国汽车保有量不断增加。因为汽油成本低，货源稳定。尽管人们对低油耗技术提出的需求并不大，但仍在进行车辆轻量化和发动机技术改进。欧洲汽车市场主张直喷增压发动机的“减缸增强”技术。市场上2020年投产的或发布的汽油发动机均为涡轮增压直喷发动机。采用米勒或阿特金森燃烧技术[14]的新型燃烧技术应用在直喷汽油机上，匹配超高滚流比和高压缩比的燃烧结构。汽油机正在逐渐由小型化向适型化转变，未来两年将更加普遍。今后汽油机发展的重点是合理规划发动机技术路线，优化发动机性能，采用先进的发动机控制技术以适应未来的排放法规要求。今后主要研究汽油机的排放，为提高汽油机的燃油经济性满足日益严格的排放法规。尽管GDI汽油机仍面临许多的技术挑战，但GDI汽油机在燃油经济性等方面的性能将随着GDI研究的深入、燃烧系统和喷射技术的优化、控制方法的改进、催化剂的开发、尾气处理技术的不断进步而继续提高。GDI汽油机必将成为汽车动力的主导产品。

3性能指标我们可以用不同的指标描述缸内直喷汽油机整机性能，这些指标也可以作为评价缸内直喷汽油机的依据。3.1动力性指标动力性能指标指标包括有效功率、有效扭矩、平均有效压力和转速。（1）有效功率我们将发动机单位时间内对外输出的有效功看作有效功率，记作Pe，单位Kw。公式如下：（3-1）式中Te代表有效转矩（N•M），n代表曲轴转速，r/min(2)有效转矩在发动机运转过程中，由输出轴输出的转矩就叫做有效转矩，记作Te，单位为N·m。（3）平均有效压力发动机单位气缸工作容积输出的有效功称为平均有效压力，单位为kPa。公式为:（3-2）式中Te指有效转矩，，n代表曲轴转速，r/min。（4）发动机转速发动机曲轴每分钟转数就是发动机转速，用n表示，单位为r/min。3.2经济性指标发动机的经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。（1）有效热效率发动机实际循环的输出功与消耗的燃油热量的比值我们称为有效热效率。（2）有效燃油消耗率我们一般将发动机输出单位有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位是g/(kW·h)。（3-3）式中B表示每小时燃油消耗量，kg/h，pe指代有效功率kw。3.3紧凑性指标描述发动机的结构是否紧凑往往用比容积和比质量。（1）比质量将发动机的净质量与其标定功率的比值称之为比质量。（2）比容积我们将发动机外廓所占的体积与标定功率的比值称之为比容积，单位为L/kW。3.4强化指标发动机的强化指标是由升功率和强化系数等构成。（1）强化系数强化系数我们一般用平均有效压力pe与活塞平均速度Cm两者的乘积表示。（2）升功率发动机每升做工容积的有效功率输出为升功率，单位为Kw/L。3.5其他指标（1）排放发动机尾气排放主要为有害气体和废气颗粒；不仅不利于身体健康，而且会对大气造成损害。目前国家法规首要限制氮氧化物(NOx)、碳氧化合物(HC)和一氧化碳(CO)的排放（2）噪声汽车的噪声会对居民的生活造成很大影，汽车噪声主要在于发动机的震动；所以国家出台了相应法规对其进行限制。（3）起动性发动机可靠性的重要指标之一是起动性。我国相关标准规定，在不采取特殊低温启动措施的情况下，汽油机在-10℃的温度环境下，启动后15s内应能顺利启动。3.6本课题所选取的指标对缸内直喷汽油机进行评价，应该选择具有代表性的指标进行评判，综合各方面考虑，选取了最大功率、升功率、最大扭矩、比质量、燃油消耗率、排放标准6个性能指标作为评价指标。

4评价方法4.1概述评价充斥在在我们生活中的方方面面；例如购物时，我们会对不同的商品进行比较，选择性价比更高的那个；又或者，在公司中，需要对员工进行评价。我们在对事物进行评价时，一般都是从大体上，综合各个方面进行考虑，不会因为某一个方面就决定这个事物的好坏。我们通常都会选取事物的几个不同的方面进行参考判断，这些不同的方面就可以看作是我们评价的指标。在一些复杂的评价中，为了达到令人信服的结果，我们需要从不同的角度去综合考虑，作出最终的判断结果。将这些不同的角度整合就可以看作一个评价体系，我们可以利用许多不同的方法将事物放进评价体系中进行评判。随着社会的发展，评价的问题也渐渐复杂了起来，评价的要求及需求也相应的变高了。也产生了许多的评价方法，我们在使用这些评价方法时，应尽量避免客观因素对评判结果的影响。构成完整的评价要素有很多的方面，例如进行评价的人或组织，被评价的事物，指标的权重分配，进行评价的系统或模型等。在本课题中缸内直喷汽油机就是被评价的事物。对于指标权重的分配，我们可以根据经验判断判断，也可查询关于评判事物的相关资料，或者询问相关技术人员获得。指标越能代表被评价事物其对应的权重就会越大。选择采用的评价指标应能够代表被评价事物的某一方面，或者可对其一系列的特点进行描述。不同的指标能够反映被评价事物的不同方面，选取多个指标建立综合评判模型可以对事物进行综合评价。在进行综合评价时，我们一般会建立评价模型对每个指标的评判结果进行整合，以便综合评价得到的结果更为准确。在以上的各个环节，我们都要注意避免自己的主观性对评价产生误差，影响评价结果的准确性，力求做到科学和客观地进行评价。4.2层次分析法(1)思想和原理日常生活中有许许多多的问题都可看作是决策的问题，例如进行经济生产的规划、对资源进行合理的分配、对不同解决问题方案的选择等。我们一般有两种方法去寻找最佳的途径解决问题，其一是采用数学模型分析法，另一种则是不采用数学模型的方法。但是人们在现实中遇到问题，最终解决问题所采用的方法并不是利用数学模型法分析得到的最合理的解决方法，由此，我们可以看出非数学模型法在我们的生活中也有很重要的总用。相较于数学模型法来说，它更注重决策的选择以及规律的判断这些方面。层次分析法是一种非数学模型的方法。它兼具定性分析和定量分析这两者，是一种多准则决策的方法。使用层次分析法时我们可以对解决问题的决策进行拆分，在进行更详尽的分析，并将其转化为标准。它可以将我们进行决策过程中的思维数学化，并用数学的方法进行分析，更好的帮助决策者做出决策。层次分析结构一般由目标层、准则层和方案层组成。层次结构的结构好坏程度对问题是否能得到合理的解决有至关着重要的作用，层次结构的结构是否合理，是否能代表被评价事物的性能，将对评价结果的真实性、准确性造成直接影响。(2)模型和步骤我们使用层次分对具体的问题进行分析时，应该先将复杂的问题拆分细化，拆分为不同的层次。最高层包含一个目标元素；在中间层中，通常是准则、子准则或方案等。下一层次中的元素可以不受到上一层次中的元素的支配。除了在最高层的元素之外，其他层次的元素都有可能受到其他多个元素的支配。层次数量受到实际问题的复杂程度的制约，由于重要性量化一般用1~9来描述，所以我们在进行使用时应注意同一层次中元素的个数因该少于9个，以免对后续计算造成困难。如果元素数目过多，也会使我们在进行相互比较时带来麻烦。(3)构造判断矩阵建立好被评价对象的层次分析模型后，在每一个层次中，令层次中的元素相互比较，依照指标不同的重要程度给予合适的数值量化其重要性标度，不同层次元素的重要性标度应选取合适的标度转化为数字显示，并构造判断矩阵。假如说下一层次中的某元素受到上一层次A元素的支配，我们以A为准则，根据重要性决定下一层次各元素对应的权重占比。权重占比可以根据技术咨询获得，也可以由决策者查询其他合适途径确定。对于这些元素来说，我们可以将它们两两相互比较的搭配一个新的判断矩阵，对于矩阵C来说，Cij代表前一个元素比后者的重要性程度，一般来说，构造的判断矩阵如下表：表4-1判断矩阵构造形式AC1C2┅CnC1C11C12┅C1nC2C21C22┅C2n┇┇┇┇┇CnCn1Cn2┅Cnn显然矩阵C具有如下性质：（1）（2）（3）这种矩阵C被我们称之为正反矩阵。对于正反矩阵C而言，对于任何的因素，均会有，我们就能说该矩阵为一致矩阵。一般而言，在进行层次分析时，我们为了能更好的看清楚决策判断程度，对于这些元素的重要性标度，我们使用1、3、5、7、9对其进行表示，用2、4、6、8表示介于两重要性标度之间的状态。一般我们使用1~9表示指标重要性标度，所以评价指标的个数尽量不要大于9个，若大于9就会使评价较为复杂。(4)判断矩阵的一致性检验我们需要对判断矩阵进行一致性检验，并由判断结果判断矩阵是否符合逻辑，它不能产生相互矛盾。所以我们引入CI对矩阵是否具有一致性进行判断：（4-1）上式中n代表指标个数即矩阵的阶数，λmax为矩阵的最大特征根。当判断结果表明矩阵具有合理的一致性时，，。如果时，我们可以直接得出矩阵没有理解错误，具有一致性；但如果矩阵的阶数超过3阶时，我们就需要引入新的判断一致性指标RI，对于阶数小于等于9阶的矩阵，RI的数值如下表：表4-2矩阵一致性指标RI12345.67890.000.000.580.901.121.241.321.411.45随机一致性比率为，当时，我们就能够根据计算结果判断出矩阵符合逻辑，有满意的一致性；反之，我们就需要去重新对判断矩阵进行合理的赋值，使它符合逻辑，具有一致性。(5)计算指标的权重和矩阵最大特征根方根法被用于求解最大特征值及其对应特征向量，进而计算出指标权重，计算步骤如下：eq\o\ac(○,1)计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi(4-2)eq\o\ac(○,2)计算Mi的n次方根(4-3)eq\o\ac(○,3)对向量正规化(4-4)则即为所求的特征向量。eq\o\ac(○,4)计算判断矩阵最大特征根λmax(4-5)其中（AWi）表示向量AW的第i个元素。4.3模糊综合评判法(1)思想和原理模糊综合评价法是由我国学者王培庄提出的一种对模糊数学应用的方法。模糊据数学的出现为我们提供了研究和解决复杂的问题的简便方法。它可以将数学工具应用在解决实际模糊问题中。模糊综合评价以模糊数学作为基础，使用模糊关系合成来对边界进行模糊。对难以量化的元素定量分析，对评价对象的隶属等级通过不同的因素角度进行综合评价。(2)模糊综合评判法步骤如下确定评价因素、评确定评价因素、评价等级构造评判矩阵及确定指标权重构造评判矩阵及确定指标权重进行模糊合成进行模糊合成图4.1模糊综合评判法流程图为了充分利用模糊子集B的信息，得到最终的评判结果，我们往往使用最大隶属度法则对B进行处理，再将其用于被评判对象的排序评价。为了充分利用B的信息，我们可以将各个等级的评级参数和评价结果B一起进行参考。设相对于各等级vj规定的参数列向量(4-6)等级参数评判结果(4-7)P是一个实数，它反映了模糊子集B和参数向量C确定的综合得分。在实际应用中，它是一个非常有用的综合参数。

5缸内直喷汽油机整机评价系统设计在对实际事物进行评判时，我们需要考虑评估是否具可以进行以及评判是否能解决实际的问题。依据不同的情况，我们酌情选择评价指标的数量代表被评价的事物，按照选取的指标构成模糊评估子集。本课题中依据前人经验，我选择了升功率、最大扭矩、最大功率、燃油消耗率、比质量和排放标准6个指标来建立汽油机评价体系，在其基础上设计了一个缸内直喷汽油机整机性能评价系统。5.1评价指标的确定缸内直喷汽油机有许许多多的性能指标可以用于评判，通过查询相关资料，反复比较，在本课题中以升功率、最大扭矩、最大功率、燃油消耗率、比质量和排放标准这6个参数为指标进行分析。5.2指标的处理由于发动机的一部分参数无法通过查找资料获得，只有它的生产制造商拥有准确的数据，对于这一部分无法直接获得的数据，我们就需要通过其他的公式对其进行推到，再使用制造商给出的数据利用推到得到的公式进行计算。其他的一些数据是可以直接查询到的，像最大功率、最大扭矩、排放标准之类的。例如本课题中的升功率、比质量、燃油消耗率无法直接获得数据，我们给出如下推导过程：升功率由于我们只能够查询到发动机最大功率和排量，所以使用这两个参数进行推到升功率计算方法，过程如下：（5-1）式中Pe代表了发动机的额定功率，也就是我们查询到的最大功率；V是发动机的排量。(2)比质量比质量的数据我们也无法直接获得，所以根据查询到的发动机最大功率和干质量来进行推导，过程如下：（5-2）式中M指发动机的干质量；Pe代表发动机的额定功率，也就是我峨嵋你所说的最大功率。（3）燃油消耗率燃油消耗率我们无法查询到具体数据，只能够通过发动机百公里油耗先对一定时间内的油耗进行推导，再借助油耗量和发动机的最大功率进一步对燃油消耗率进行推导，详细步骤如下：（5-3）（5-4）（5-5）（5-6）计算得（5-7）在上述的公式（5-3）中，B代表着单位时间的耗油量，Pe则指发动机的有效功率；在式（5-7）中表示燃油密度与重力加速度的乘积，计算中选取，对于有级机械变速器的轿车，机械传动效率在.90~0.92，取；QS为百公里油耗，需查询汽油机相关参数；G是车辆重量与重力加速度的乘积；f是滚动阻力系数，在计算是取（良好沥青路面）；CD是空气阻力系数，取；A表示迎风面积，需要根据不同的车辆参数进行计算得出；Ua表示的是等速百公里中的速度，选取市郊油耗时应选取。5.3四款缸内直喷汽油机燃油消耗率的计算（1）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机燃油消耗率计算查询车辆相关参数得到迎风面积,代入到上述公式（5-7）可得：（2）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机燃油消耗率计算查询车辆相关参数得到迎风面积,代入到上述公式（5-7）可得：（3）途昂DKX缸内直喷汽油机燃油消耗率计算查询车辆相关参数得到迎风面积,代入到上述公式（5-7）可得：（4）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机燃油消耗率计算查询车辆相关参数得到迎风面积,代入到上述公式（5-7）可得：5.4确定指标权重(1)判断矩阵的确定将所有指标两两相互比较，我们就能够使用具体数值对各评价指标的重要性标度量化，得到指标评判矩阵。本课题指标量化结果如下：表5-1缸内直喷汽油机评价指标的指标值升功率最大扭矩最大功率燃油消耗率比质量排放升功率133579最大扭矩1/311357最大扭矩1/311357燃油消耗率1/51/31/3135比质量1/71/51/51/313排放1/91/71/71/51/31得出评价指标权重判断矩阵A按照上文所介绍的方法步骤进行计算，并将结果制成以下表格。eq\o\ac(○,1)计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi（5-8）表5-2判断矩阵每一行元素的乘积MiM1M2M3M4M5M6283535351/31/1751/6615eq\o\ac(○,2)计算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)对向量正规化（5-10）正规化Wi，Wi为各指标权重。表5-4指标权重Wi0.4240.2040.2040.09390.04810.026eq\o\ac(○,4)计算判断矩阵的最大特征根(5-11)其中（AWi）表示向量AW的第i个元素。eq\o\ac(○,5)判断矩阵的一致性检验计算判断矩阵偏离一致性的指标CI:计算随机一致性比率CR:由于,依据计算结果判断矩阵具有满意的一致性。5.5确定隶属函数（1）确定升功率隶属函数汽油机的升功率越高表明性能越好，缸内直喷汽油机升功率隶属函数如下：（5-12）图5.1缸内直喷汽油机升功率隶属函数将处理后的升功率参数用隶属函数判断，就可以得到升功率的隶属度矩阵：（5-13）(2)确定最大扭矩隶属函数发动机的性能越好在最大扭矩方面体现在最大扭矩越大，缸内直喷汽油机最大扭矩隶属函数如下：（5-14）图5.2缸内直喷汽油机最大扭矩隶属函数将查询到的最大扭矩参数放入隶属函数判断，即可得出最大扭矩隶属度矩阵：（5-15）（3）确定最大功率隶属函数依据查询的最大功率参数代入隶属函数，最大功率参数越高就能够说明其性能越优，最大功率隶属度矩阵：（5-16）图5.3缸内直喷汽油机最大功率隶属函数依据最大功率参数和上述的隶属函数，就跟能够得到最大功率的隶属度矩阵：（5-17）（4）确定燃油消耗率隶属函数依据查询的参数推导得出的燃油消耗率参数越小越代表性能越好，燃油消耗率隶属矩阵如下：(5-18)图5.4缸内直喷汽油机燃油消耗率隶属函数将推导得出的燃油消耗率参数代入上述的隶属函数，就可以求出燃油消耗率的隶属度矩阵：（5-19）（5）确定比质量隶属函数发动机比质量越小越表明性能越好，缸内直喷汽油机比质量隶属函数如下：（5-20）图5.5缸内直喷汽油机比质量隶属函数比质量隶属度矩阵求解也需将推导后求解的数据代入上述的隶属函数，就得到比质量的隶属度矩阵：（5-21）（6）确定排放标准隶属函数汽油机的排放标准需要我们自己依据查询到的参数给予一个合适的等级，排放标准越高代表性能更好，要对应更高的评价等级。在本设计中令排放标准达到国六B的为优，将排放达到国六A标准定的为良，将排放达到国五标准的定为中，将排放达到国四标准定的为差。依据查询的相关参数按照我们设定的评价等级判断，得到排放标准隶属度矩阵：（5-22）5.6汽油机整机综合评价方案通过层次分析法计算得到升功率，最大扭矩，最大功率，燃油消耗率，比质量和排放标准的权重占比分别为0.342，0.236，0.221，0.109，0.058和0.034。权重矩阵为：（5-23）将各个指标的评价矩阵分别与其权重集进行模糊变换，就可以得到一个缸内直喷汽油机的整机性能模糊综合评价的隶属度矩阵。整机性能模糊综合评价隶属度矩阵为：（5-24）为了更清晰的明了的对评价结果进行反映，在本课题中给予不同的数值代表不同的评价等级，达到优的为90分，达到良的为80分，达到中的为70分，达到差的为60分。（5-25）我们将模糊综合评价矩阵与我们设定的评价等级分值矩阵作矩阵相乘运算，就能够得到最终的模糊综合评价得分。（5-26）

6缸内直喷汽油机整机性能评价实例表6-1发动机整机评价实例参数车型发动机型号发动机排量(ml)发动机质量(kg)整备质量(kg)百公里油耗（L/100km）哈弗H9GW4C20B196720923309.9凯迪拉克CT5LSY199814716406.9途昂DKX198418520908.5讴歌RDXK20C5199616017248.2表6-24款发动机整机性能评价标准化参数车型升功率（kw/L）最大扭矩(N•M)最大功率(kw)燃油消耗率(g/kw*h)比质量(kg/kw)排放哈弗H982.53851653001.26国六a凯迪拉克CT5873501742880.84国六b途昂813501622761.14国六a讴歌RDX97.53801953060.82国六a6.1发动机技术路线6.1.1可变气门正时技术目前可变气门技术[15]广泛用于提高发动机燃油系统的经济性以及车辆的质量和性能。可变气门的好处体现在多项技术融合的基础上。汽车发动机运行时，可变气门正时技术的工作方法是打开气门，活塞移动到临界点时，排气和进气系统的入口被打开，使其达到临界点，形成叠加气门，它与汽车的转速形成正比叠加角。可变气门升程技术的目的是使用气门升程的连续变化来控制进气量，优化发动机的进排气正时和进排气量，从而提高发动机效率，减少油耗、污染。6.1.2涡轮增压技术涡轮增压技术[16]是一种发动机增压技术，已被使用者广泛接受。涡轮增压器本质是一个空气压缩机，通过对进气施加压力来提高进气量。利用发动机的排气惯量推动涡轮室内的涡轮，然后涡轮带动叶轮运转。叶轮将空气滤清器送来的空气输送到气缸内，以此增加进气量。可以使更多的燃油注入到发动机燃烧室内，从而大大提升发动机机械功率、燃烧效率。配备涡轮增压技术的发动机可以使发动机燃烧室利用率变高，实现轻量化，提高燃油经济性，有效减排。涡轮增压是市场上最有前景的汽车节能减排技术之一。6.2哈弗H9汽油机整机性能评价（1）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机升功率评价可以通过升功率隶属函数可以得到GW4C20B缸内直喷汽油机的升功率评判矩阵（2）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机最大扭矩评价根据最大扭矩隶属函数可以求得GW4C20B缸内直喷汽油机的最大扭矩评判矩阵（3）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机最大功率评价根据最大功率隶属函数可以求得GW4C20B缸内直喷汽油机的最大功率评判矩阵（4）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机燃油消耗率评价根据燃油消耗率隶属函数可以求得GW4C20B缸内直喷汽油机的燃油消耗率评判矩阵（5）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机比质量评价根据比质量隶属函数可以求得GW4C20B缸内直喷汽油机的比质量评判矩阵（6）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机排放评价根据排放标准对应关系可以求得GW4C20B缸内直喷汽油机的排放评判矩阵（7）哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机整机综合评价哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机性能模糊综合评分6.3凯迪拉克CT5LSY汽油机整机性能评价（1）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机升功率评价根据升功率隶属函数可以求得LSY缸内直喷汽油机的升功率评判矩阵（2）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机最大扭矩评价根据最大扭矩隶属函数可以求得LSY缸内直喷汽油机的最大扭矩评判矩阵（3）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机最大功率评价根据最大功率隶属函数可以求得LSY缸内直喷汽油机的最大功率评判矩阵（4）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机燃油消耗率评价根据燃油消耗率隶属函数可以求得LSY缸内直喷汽油机的燃油消耗率评判矩阵（5）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机比质量评价根据比质量隶属函数可以求得LSY缸内直喷汽油机的比质量评判矩阵（6）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机排放评价根据排放标准对应关系可以求得LSY缸内直喷汽油机的排放评判矩阵（7）凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机整机综合评价凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机性能模糊综合评分6.4途昂DKX汽油机整机性能评价（1）途昂DKX缸内直喷汽油机升功率评价根据升功率隶属函数可以求得DKX缸内直喷汽油机的升功率评判矩阵（2）途昂DKX缸内直喷汽油机最大扭矩评价根据最大扭矩隶属函数可以求得DKX缸内直喷汽油机的最大扭矩评判矩阵（3）途昂DKX缸内直喷汽油机最大功率评价根据最大功率隶属函数可以求得DKX缸内直喷汽油机的最大功率评判矩阵（4）途昂DKX缸内直喷汽油机燃油消耗率评价根据燃油消耗率隶属函数可以求得DKX缸内直喷汽油机的燃油消耗率评判矩阵（5）途昂DKX缸内直喷汽油机比质量评价根据比质量隶属函数可以求得DKX缸内直喷汽油机的比质量评判矩阵（6）途昂DKX缸内直喷汽油机排放评价根据排放标准对应关系可以求得DKX缸内直喷汽油机的排放评判矩阵（7）途昂DKX缸内直喷汽油机整机综合评价途昂DKX缸内直喷汽油机性能模糊综合评分6.5讴歌RDXK20C5汽油机整机性能评价（1）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机升功率评价根据升功率隶属函数可以求得K20C5缸内直喷汽油机的升功率评判矩阵（2）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机最大扭矩评价根据最大扭矩隶属函数可以求得K20C5缸内直喷汽油机的最大扭矩评判矩阵（3）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机最大功率评价根据最大功率隶属函数可以求得K20C5缸内直喷汽油机的最大功率评判矩阵（4）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机燃油消耗率评价根据燃油消耗率隶属函数可以求得K20C5缸内直喷汽油机的燃油消耗率评判矩阵（5）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机比质量评价根据比质量隶属函数可以求得K20C5缸内直喷汽油机的比质量评判矩阵（6）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机排放评价根据排放标准对应关系可以求得K20C5缸内直喷汽油机的排放评判矩阵（7）讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机整机综合评价讴歌RDXK20C5缸内直喷汽油机性能模糊综合评分

7性能评价软件的开发设计7.1软件介绍Excel是由微软推出的办公软件offic的组成部分之一，在办公中得到许多人的认可，它能够分析处理各种数据，并且能够将数据制成图表，便于更直观的分析数据，进行更好的决策。本文使用Excel对数据进行分析处理，利用其中的IF函数开发了缸内直喷汽油机的评价系统，便于更方便的对发动机做出评价。MCE是一个用来处理较为复杂综合的评价问题的软件，它提供了被广泛使用的AHP（层次分析法）,Fuzzy（模糊综合评价法）和Gray（灰色综合评价法）三种综合评价方法。7.2评价系统介绍（1）Excel评价系统开发利用Excel中的IF函数，根据计算得到的隶属函数编辑评判语句，以燃油消耗率隶属函数优秀评级为例:，那么评价系统中判断语句应该为：=IF(J9=0,0,IF(J9<255,1,IF(J9<265,(265-J9)/10,0)))。通过将燃油消耗率的参数输入评价系统中，就可以得到燃油消耗率的评判矩阵以及评分。（2）Excel评价系统介绍使用Excel评价系统进行综合评价时，用户需要将缸内直喷汽油机的升功率、最大扭矩、最大功率、、燃油消耗率、比质量和排放标准六个参数输入到对应的文本框中，即可计算出该款发动机的项指标评分以及综合评分。需要注意的是在排放标准这里，当该款缸内直喷汽油机的排放标准达到国六B时，排放标准这一栏应该输入7，当排放标准达到国六A时，排放标准这一栏应该输入6，当排放标准达到达到国五时，排放标准这一栏应该输入应该输入5，当排放标准达到国四时，排放标准这一栏应该输入4。评价系统界面如下图所示：图7.1缸内直喷汽油机整机性能评价系统（2）MCE软件介绍使用MCE软件中fuzzy模块，建立缸内直喷汽油机整机性能评价模型，使用AHP赋权，需要手动输入评价指标权重判断矩阵，点击进行计算权重，权重归一化即可得到评价指标的权重。在使用MCE进行综合评价时，使用者需要先计算出各个指标对应的隶属函数，在根据相应的参数求得各个指标的隶属函数矩阵，手动输入到对应的输入框内，点击模糊评价，接着点击最终值，即可得到综合评分。点击显示结果可看到相应的隶属度和综合评分。缸内直喷汽油机MCE评价模型如下图所示：图7.2缸内直喷汽油机MCE评价模型7.3缸内直喷汽油机整机性能评价实例7.3.1哈弗H9GW4C20B缸内直喷汽油机整机性能评价将该款发动机处理之后的相关参数输入到评价系统的对应输入区域内，即可得到GW4C20B评价体系的判断矩阵及综合评分。图7.3GW4C20B汽油机整机的Excel评判矩阵及评分将该款发动机所有参数的评判矩阵输入MCE创建的计算模型中，可以得到GW4C20B汽油机整机的综合评分。图7.4GW4C20B汽油机整机MCE模型的评判矩阵及评分7.3.2凯迪拉克CT5LSY缸内直喷汽油机整机性能评价将该款发动机所有参数输入Excel评价系统相应的输入区域，可以得到LSY汽油机整机的评判矩阵及综合评分。图7.5LSY汽油机整机的综合评判矩阵及评分将该款发动机所有参数的评判矩阵输入MCE创建的计算模型中，可以得到LSY汽油机整机的综合评分。图7.6LSY汽油机整机MCE模型的评判矩阵及评分7.3.3途昂DKX缸内直喷汽油机整机性能评价将该款发动机所有参数输入评价系统相应的输入区域，可以得到DKX汽油机整机的评判矩阵及综合评分。图7.7DKX汽油机整机的综合评判矩阵及评分将该款发动机所有参数的评判矩阵输入MCE创建的计算模型中，可以得到DKX汽油机整机的综