引言

从20世纪末，汽车行业的竞争已从单一的性能竞争转向性能、环保、节能等多元综合竞争。仅就汽车发动机而言，为应对世界能源危机和减少对环境污染，其研究开发工作已侧重于降低油耗、减少排放、轻质及减少磨损等方面，在这些研究中优化技术将得到广泛的应用。近年来，汽车发动机优化工作是根据航空航天发动机所建立及应用的优化技术，并已经取得了一定的进展。

1　对汽车发动机优化技术的研究和应用现状

目前各类发动机研发工作的共同重点包括降低油耗、减少排放、减轻质量以及减少磨损等，为了达到这些目标，在发动机设计中应用优化技术是一个重要的手段。当前发动机的优化工作主要在发动机结构、材料、燃料及燃烧、排放以及多学科优化等几个方面展开。

第一方面对发动机结构及材料优化技术：发动机结构优化主要是优化关键零部件的形状以改善发动机性能。新型复合材料如碳化硅、氮化硅、氧化锆、石墨及合成石墨等不断用于发动机结构。通过建立发动机复合材料叶片各截面应力应变解析式和最大应力准则，对叶片进行最大强度的优化分析。第二方面是对发动机燃烧优化技术：随着世界能源问题和环境污染问题的日趋严重，汽车作为污染环境和消耗能源的大户，备受人们的关注。发动机燃烧过程直接影响节能和环保，对发动机燃烧过程优化的研究越来越受到重视。主要是从喷射系统、进气管系、燃烧室形状等几方面对其进行优化设计。在发动机燃烧喷射系统方面，借助于先进电子控制技术，能准确地调节燃油供给，优化喷油定时和喷油次数，控制气缸内的混合状态、燃烧室内的燃油分布，降低排放污染。对新型脉动式电控燃油喷射系统的喷射定时问题，研究了发动机直接喷射技术的优化问题。第三方面是发动机多学科优化技术：发动机设计以结构、热力、燃烧、强度、振动、流体、传热等多个学科为基础，可变因素多，随机性大，是一个可变互耦系统的优化问题。多学科设计优化通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解，主要体现在在以下几个方面。第一是：多目标优化，发动机的优化涉及到多个目标，与单目标优化问题不同的是这些目标函数往往耦合在一起，且每一个目标具有不同的物理意义和量纲。它们的关联性和冲突性使得对其优化变得十分困难。多目标优化方法可以分为如下两大类并且已在发动机的优化设计中得到了应用；第二是不确定性优化：在发动机的生产及实际使用中，总是存在着材料特性、制造、装配及载荷等方面的误差或不确定性。虽然在多数情况中，误差或不确定性很小，但这些误差或不确定性结合在一起可能对发动机的性能和可靠性产生很大的影响。对于此类不确定性问题的优化，传统的优化方法已无法解决，而必须求助于不确定性优化方法。第三方面是多学科优化的方法与策略多学科优化的主要思想是在设计的整个过程中集成各个学科的知识，应用有效的设计优化策略及相应的优化方法，组织和管理设计过程。其目的是通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解。第四方面是优化算法：在发动机设计中用到的优化算法，既有常规优化算法，也有遗传算法、人工神经网络等智能优化方法。

2　发展方向

以节能和环保为主要目标的汽车发动机综合优化技术是以后的研究重点，主要在以下几个方面：第一是汽车发动机优化设计方法，在以节能、环保为主要目标的综合最优前提下，根据汽车发动机设计特点，通过系统分解工作，建立起汽车发动机的物理分析模型及优化数学模型；在上述工作基础上，比较、选择高效的多学科多目标优化方法；最终开发出汽车发动机多学科多目标优化设计系统。汽车发动机设计是一项复杂的系统工程，包括燃烧、传热、结构、强度、振动、寿命、传动、润滑、电气、工艺及材料等众多学科，具有大量的不确定性参数，而且很多参数很难获得其概率分布，所以未来开发区间数优化方法用于发动机的优化将是一个很有发展前景的方向。第二是汽车发动机优化设计问题，汽车发动机的关键零部件如气缸、活塞、曲轴、连杆及涡轮增压器等的设计对发动机的性能有很大影响。这些零部件的优化设计，可以提高发动机的性能、寿命和可靠性，从而降低成本、提高经济性。随着发动机质量越来越轻，而其功率和转速不断提高，振动和噪声问题越来越突出，对发动机的减振系统进行优化也是一条提高车辆整体振动性能的有效途径。发动机的燃烧和排放系统直接影响到发动机的燃油经济性、噪声、排放等重要指标，影响到汽车的节能与环保性能。

3　结论

优化技术在发动机的设计制造中占有非常重要的地位。包括常规优化方法和智能优化方法在内的优化技术已被应用于发动机设计。考虑到能源的短缺和环境问题的重要性，未来的车用发动机优化设计的研究将是以节能和环保为重点的综合最优，应当建立并应用多种不确定多目标多学科优化理论方法、策略及算法；并应大力开发在一个优化平台上集成各个学科设计要求的多学科多目标优化设计系统，该系统将具有更高的优化效率和较好的开放性，可以更好地适应未来汽车个性化设计的趋势。