基于层次分析法的公交车天然气发动机选型研究
时间：2021-02-09 04:00:22 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:文章运用层次分析法对上柴T6114ZLQ4B、奔驶M906LAG、康明斯CG-250三个型号的天然气发动机,从动力性、经济性、可靠性等方面进行选型,最终确定上柴T6114ZLQ4B型发动机为所选择的发动机。国产T6114天然气发动机在公交线路上的规模化应用,进一步验证了国产天然气发动机在本市公交车辆可行性,为上海市进一步大规模推广、应用天然气公共汽车积累经验并提供依据。
关键词:天然气发动机;层次分析法;选型;公交车
中图分类号:O159 文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)09-0101-02
一、天然气的应用
公交车是市民出行的最主要工具,据环保部门的数据,公交车辆尾气排放的氮氧化物、颗粒物对中心城区大气污染的分担率分别达到37%和45%,因此,整治公交车辆的排气污染,特别是排气冒黑烟现象,已经成为政府和市民关注的焦点和公交行业节能减排的重点。发展安全、经济、清洁的交通能源,向车用能源多元化转化,应当成为解决以上问题、实现可持续发展的途径之一。
在各种车用替代燃料中,天然气具有低碳、燃烧洁净、供应稳定、实用化、产业化程度高的特点而在国内外日益受到广泛的重视和推广。上海大众公交集团公司在2001年4月率先使用了安装进口奔驰发动机的单燃料CNG公交车。在将近6年的营运中,在治理大气环境污染和能源替代方面起到了非常良好的带头、示范作用,但进口天然气发动机价格高、由于欧元升值造成的进口配件价格贵、进口配件供应不及时等一些问题难以解决,使这些车辆的正常营运面临困难,也不利于本市CNG公交车的健康发展和推广应用。所以,针对即将面临的大量使用年限到期而淘汰的天然气发动机,寻找国产的天然气发动机替换进口的天然气发动机进行应用试验,不仅可以更科学、合理、有效的推广CNG公交车,还可以避免这些采用进口天然气发动机的公交车辆重蹈高排放柴油车辆以及相关旧车型因强制提前淘汰造成巨大浪费的覆辙。
为了解决天然气发动机应用的瓶颈,采用国产替代产品是一个有效的方法。为此,大众公交首先将上海申沃客车有限公司研制的、采用上柴T6114ZLQ型天然气发动机的CNG公交车投入线路运营。本文将结合采用奔驰、康明斯发动机天然气公交车的实际运营数据,运用层次分析法,进行三种发动机的选型研究。层次分析法的最大优点是可以处理定性和定量相结合的问题,在发动机的选型中,可以将工程师的主观判断与经验导入模型,并结合实际数据得出量化结果。
二、实际数据比较
目前在用进口天然气发动机与国产天然气发动机的对比分析,主要采用CNG公交车在制造、使用、维护中积累的资料和数据。
(一)发动机的经济性
天然气发动机的价格对CNG车的造价影响很大。三个天然气发动机的购置价格见表1:
从发动机的购置价格看,国产天然气发动机具有明显的优势,而且随着关键零部件的国产化和生产批量的增加,还将进一步降低。而表中所列的进口天然气发动机的价格还是两年前的价格,随着汇率的变化,其价格还会进一步提高。
(二)发动机的动力性
发动机的动力性可以从功率、扭矩、强化系数等指标进行比较,见表1。
(三)发动机的可靠性
通过在大众二汽公司218路5万公里的对比试验,2004～2005年在3种发动机对比试验中进口发动机的平均故障间隔里程MTBF,见表2。
三、建立层次模型
应用AHP法,以上面的数据为基础,建立层次分析模型。将选择发动机定为目标层,将各发动机的动力性,经济性,可靠性作为准则层,将以上3个系列发动机为方案层进行层次分析,层次结构如图1所示:
四、构造准则层对目标层的成对比较阵及一致性检验
从上海大众公交公司、上海柴油机公司和申沃客车公司选择了5位对发动机产品非常熟悉的工程师作为专家,根据车辆发动机的经济性,动力性,可靠性3个准则对天然气发动机选择的重要性进行了评判,见表4:
根据表4中各发动机的经济性,动力性,可靠性3个准则对天然气发动机选择的重要性进行了评判,用成对比较法得到的成对比较阵(正互反阵)为:
经计算 的最大特征值,查表可知,得出 ,通过了一致性检验。利用和法可求得权向量:
五、构造方案层对准则层各要素的成对比较阵及一致性检验
用同样的方法构造方案层对每一个准则层的成对比较阵。对比分析从以下几个方面进行:
按表1、2、3分别构造出上柴T6114ZLQ4B、奔驶M906LAG、康明斯CG-250 动力性、经济性和可靠性的成对比较阵:
利用和法,分别计算结果如下:
1. 的最大特征值、,查表可知 ,得出 ,通 过了一致性检验。权向量
2. 的最大特征值、,查表可知 ,得出 ,通过了一致性检验。权向量
3. 的最大特征值、 ,查表可知 ,得出 ,通过了一致性检验。权向量
六、发动机确定
用 表示方案层中3个备选方案在目标层中所占的比重,可以得到基于层次分析法的天然气发动机选型数学模型为:
将有关数据代入上述模型,可得 :
可以确定上柴T6114ZLQ4B型发动机为所选择的发动机。
七、结论
本文根据实际运营数据,运用层次分析法,对上柴T6114ZLQ4B、奔驶M906LAG、康明斯CG-250三个发动机,从动力性、经济性、可靠性等方面进行选型,最终确定上柴T6114ZLQ4B型发动机为所选择的发动机。在此基础上, 2008年12月至2009年3月对所选择的国产天然气发动机进行了规模化应用研究,进一步验证了发动机的性能。到2009年1月底为止,所有26辆改装车辆累计安全行驶1357525km,达到了项目预定的100万km的目标,通过国产天然气发动机的使用情况的跟踪和统计,定量的评定了经济性、可靠性指标。发动机的运行情况正常。车辆的燃料经济性和维修的材料费与改装前相比有较大幅度下降,发动机的可靠性和车辆的利用率明显提高,给运营企业带来实实在在的经济效益,验证了发动机国产化及其匹配技术规模化应用的效果。车辆改装国产天然气发动机后,解决了进口发动机因带病运行的性能下降问题,恢复了动力性,受到驾驶员和运营企业的欢迎。
参考文献
[1]许树柏.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社,1988.
[2]和金生.用层次分析法探讨科研成果的综合评价[M].系统工程理论与实践,1985.
[3]赵焕臣.层次分析法——一种简易的新决策方法[M].科学出版社,1986.
作者简介:窦宝华(1980-),男,陕西彬县人,上海申沃客车有限公司工程师,上海交通大学机械与动力工程学院工程硕士,研究方向:工业工程。
