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原文传递某摩托车发动机性能仿真及分阶优化

论文题名：	某摩托车发动机性能仿真及分阶优化
关键词：	摩托车发动机;性能仿真;多目标优化;遗传算法
摘要：	随着我国汽车工业的飞速发展和人们对生活便利性要求的提高，摩托车凭借体积小、行驶方便及经济性高的特点，受到人们的诸多青睐。但由于我国在相关领域内的技术较为落后，摩托车的众多技术和性能尚未被人们完全发掘，同时，受到全球能源危机和疫情所带来的相关影响，我国对自主掌握核心技术的需求十分强烈。结合当前形势和人们的需求，对摩托车及其相关部件的性能优化十分必要和紧迫，特别是作为摩托车“心脏”的发动机，对其性能的提升更是重中之重。　　本文以一款高速摩托车汽油机为研究对象，利用发动机专业软件GT-POWER搭建了该发动机的一维仿真模型，在确保模型精度和可靠性的前提下，利用该模型对发动机的部分结构和可调参数进行模拟仿真，并分析各参数对性能的影响。最后，利用Isight与GT-POWER耦合，对该模型的动力性和经济性指标进行分阶段多目标优化，并对不同负荷和转速下的可调参数优化值进行求解，制成相关MAP图，为后续优化和研究工作提供一定的参考作用。本文研究的内容主要包括：　　（1）搭建该款发动机的一维热力学仿真模型，利用前期台架试验中得到的数据进行精度验证，以确保一维模型能准确模拟实际发动机性能，并作为后续仿真研究的基础。　　（2）利用标定好的模型对发动机的动力性和经济性进行仿真分析工作。由于发动机的设计参数与可调参数之间具有严格的先后关系，即发动机的压缩比和进排气系统参数是作为发动机的设计参数，需要在设计初期详细分析其与性能之间的关系，而可调参数需要在确定设计参数的基础上再进行性能分析，从而进行发动机的标定和优化工作。因此首先对部分结构参数进行仿真分析，包括压缩比和进排气系统中的部分参数。在进、排气结构的众多参数中，进气管长度（A）、排气管长度（B）和排气管直径（C）是对发动机性能影响较为明显的三个参数，根据此结果，论文逐一分析这些参数对发动机动力性和经济性的影响。其次，对发动机的部分可调参数进行仿真分析，包括过量空气系数（lamba）、进气门开启角（inangle）和排气门开启角（exangle），最后总结分析出各参数对发动机性能的影响规律。　　（3）本次研究的目标是提升发动机的动力性和经济性，具体指标为发动机功率和有效燃油消耗率。由于两者之间存在相互制约，因此，本文借助专业优化软件Isight与GT-POWER联合仿真，利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对其性能优化。根据（2）中分析所述，将本文优化总共分为两个阶段：一是对发动机结构进行优化，包括对该发动机压缩比改进和进、排气管结构进行优化，先确定压缩比为12，在此基础上将设计变量定为进气管长度（A）、排气管长度（B）及排气管直径（C），其确定范围是根据发动机实际安装位置及空间确定。二是在确定压缩比和结构后，对该发动机的部分可调参数进行优化，包括过量空气系数（lamba）、进气门开启角（inangle）和排气门开启角（exangle），并对不同工况下的最优可调参数进行求解，制成相关MAP图，为该发动机在不同工作状态下的参数最优值提供参考作用。　　（4）为了将优化前后发动机性能进行对比，在最后阶段，通过对全负荷工况下两次优化前后的性能进行模拟仿真，发现在外特性下，当转速为3000rpm-9000rpm时，发动机的各项性能都得到了一定的提升，最终经过两次优化后，3000rpm-9000rpm之间功率平均提升8.69%，有效燃油消耗率平均优化7.10%。
作者：	刘蕾
专业：	工程(车辆工程)
导师：	赖晨光;王庆洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022