汽車早已成為人們日常出行的交通工具，但是隨著汽車數量的增多對環境造成了不小的影響，發動機作為汽車的核心部件，其未來的研發與發展必須走節能減排的路線。

　　《汽車生活》天津市汽車科技期刊，創刊于2002年，由天津市人民出版社主辦。堅持以“汽車生活服務信息提供商”為辦刊宗旨，以時尚話題、特色資訊、精美包裝、精準發行為核心競爭力，全面倡導時尚、健康、快樂的現代汽車生活方式，努力打造成為四川汽車生活第一服務平臺。主要欄目有：新車前線、本期視點、試車體現、品頭論足、車界精英、名人與車、游遍天下、車史回眸等。

　　隨著國民經濟的迅猛發展，汽車產量逐年增加，我國汽車越來越多，車型也越來越復雜。尤其是高科技的飛速發展，汽車行業的競爭已從單一的性能競爭轉向性能、環保、節能等多元綜合競爭。僅就汽車發動機而言，為應對世界能源危機和減少對環境污染，其研究開發工作已側重于降低油耗、減少排放、輕質及減少磨損等方面，在這些研究中優化技術將得到廣泛的應用。

　　發動機是一部由許多機構和系統組成的是將某一種型式的能量轉換為機械能的復雜機器。其作用是將液體或氣體燃燒的化學能通過燃燒后轉化為熱能，再把熱能通過膨脹轉化為機械能并對外輸出動力。而汽車發動機是汽車的動力裝置。由機體、曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻系、潤滑系、燃料系和點火系(柴油機沒有點火系)等組成。按燃料分發動機有汽油和柴油發動機兩種。按工作方式有二沖程和四沖程兩種，一般發動機為四沖程發動機。

　　隨著世界能源問題和環境污染問題的日趨嚴重，飛機及汽車作為污染環境和消耗能源的大戶，備受人們的關注。發動機燃燒過程直接影響節能和環保，對發動機燃燒過程優化的研究越來越受到重視。

　　發動機設計以結構、熱力、燃燒、強度、振動、流體、傳熱等多個學科為基礎，可變因素多，隨機性大，是一個可變互耦系統的優化問題。多學科設計優化通過充 分利用各個學科之間的相互作用所產生的協同效應，獲得系統的整體最優解，因而在發動機傳統設計流程圖上有很大的應用優勢。

　　發動機的優化涉及到多個目標，與單目標優化問題不同的是這些目標函數往往耦合在一起，且每一個目標具有不同的物理意義和量綱。它們的關聯性和沖突性使得對其優化變得十分困難。多目標優化方法可以分為如下兩大類并且已在發動機的優化設計中得到了應用。

　　1.基于偏好的多目標優化方法

　　此方法根據工程實際的具體情況，首先選擇一個偏好向量，然后利用偏好向量構造復合函數，使用單目標優化算法優化該復合函數以找到單個協議最優解。如利用線性組合法對發動機的懸置系統進行多目標優化;利用加權法對液體火箭發動機的減損和延壽控制進行多目標優化。

　　2.基于非劣解集的多目標優化方法

　　此方法首先需要找到盡可能多的協議解，然后根據工程實際情況，獲得決策解。相比基于偏好的多目標方法，該方法更系統、實用和客觀。如通過多目標遺傳算 法，以單位推力、耗油率等為目標函數對航空發動機總體性能進行優化;基于多目標遺傳算法對固體火箭發動機的性能和成本進行優化。

　　在發動機的生產及實際使用中，總是存在著材料特性、制造、裝配及載荷等方面的誤差或不確定性。雖然在多數情況中，誤差或不確定性很小，但這些誤差或不確定性結合在一起可能對發動機的性能和可靠性產生很大的影響。對于此類不確定性問題的優化，傳統的優化方法已無法解決，而必須求助于不確定性優化方法。

　　隨著發動機質量越來越輕，而其功率和轉速不斷提高，振動和噪聲問題越來越突出。振動不僅影響到發動機自身的強度和性能，而且會給車輛整體壽命和乘客舒適 性造成很大的影響。除了對發動機本身結構進行改進外，對發動機的減振系統進行優化也是一條提高車輛整體振動性能的有效途徑。傳統的彈性減振系統已無法滿足 舒適性要求，未來的趨勢是半主動減振和主動減振控制系統，即能根據發動機激勵、路況、車輛行駛狀態和載荷等自動調節系統參數，優化車輛動力學特性，實現主 動減振。車用發動機的減振系統是一復雜的非線性系統，而神經網絡因其自身的非線性映射能力在未來發動機減振系統的優化設計中具有很大的潛力。另外，由于發 動機動力系統的復雜性，在模型、載荷、激勵等方面都具有很大的不確定性，減振系統的優化不可避免地應考慮系統不確定性的影響，可以利用模糊集或區間數學理 論結合神經網絡進行不確定性優化，以提高減振系統的可靠性和魯棒性。

　　發動機的燃燒和排放系統直接影響到 發動機的燃油經濟性、噪聲、排放等重要指標，影響到汽車的節能與環保性能。對燃燒與排放系統的優化可從兩個方面進行。一方面是燃料噴射系統的優化，可通過 電控單元精確控制各氣缸的燃油噴射量，自由控制發動機的轉矩，使得發動機具有良好的啟動性能和最佳的輸出響應特性，并使得氣缸達到最佳混合氣狀態，提高燃 油熱效率，降低噪聲;另一方面是優化進氣管系的結構參數，改進發動機燃燒室，優化壓縮比。未來的燃燒與排放系統的設計，應當綜合考慮噴射系統和發動機結 構，同時注重結構、燃燒、流體、噪聲等不同專業領域的性能提高，進行多學科優化設計。

　　汽油發動機的熱效率為 20 %～30 % ,柴油發動機為 30 %～40 %。如能廣泛地使用柴油機 ,將會節約大量燃料。柴油機的優點還在于它可以使用純度比較低、價格比汽油便宜的柴油作燃料。據統計 ,將汽油機轉換為柴油機 ,每升燃料的行程里程平均可增加 35 % ,同樣質量和功率相同的柴油機與汽油機相比 ,油耗可降 15 %～ 25 %。因此 ,各汽車制造商都積極地增加柴油車的比重 ,目前絕大多數商用車都裝備柴油機 ,而各汽車廠商提供的裝有柴油機的轎車、行車也日益增多 ,如寶馬、奔馳、奧迪、豐田、本田、馬自達等都在全力開發并推出環保型柴油車。在歐洲 ,轎車柴油化的比例已高達 40 % ,且有不斷上升之勢。

　　綜上所述，優化技術在發動機的設計 制造中占有非常重要的地位。包括常規優化方法和智能優化方法在內的優化技術已被應用于發動機設計�？紤]到能源的短缺和環境問題的重要性，未來的車用發動機 優化設計的研究將是以節能和環保為重點的綜合最優，應當建立并應用多種不確定多目標多學科優化理論方法、策略及算法;并應大力開發在一個優化平臺上集成各 個學科設計要求的多學科多目標優化設計系統，該系統將具有更高的優化效率和較好的開放性，可以更好地適應未來汽車個性化設計的趨勢。

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