基于層次分析法的公交車天然氣發(fā)動機選型研究

1、基于層次分析法的公交車天然氣發(fā)動機選型研究    關(guān)鍵詞:天然氣發(fā)動機;層次分析法;選型;公交車一、天然氣的應(yīng)用 公交車是市民出行的最主要工具,據(jù)環(huán)保部門的數(shù)據(jù),公交車輛尾氣排放的氮氧化物、顆粒物對中心城區(qū)大氣污染的分擔(dān)率分別達到37%和45%,因此,整治公交車輛的排氣污染,特別是排氣冒黑煙現(xiàn)象,已經(jīng)成為政府和市民關(guān)注的焦點和公交行業(yè)節(jié)能減排的重點。發(fā)展安全、經(jīng)濟、清潔的交通能源,向車用能源多元化轉(zhuǎn)化,應(yīng)當(dāng)成為解決以上問題、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的途徑之一。 在各種車用替代燃料中,天然氣具有低碳、燃燒潔凈、供應(yīng)穩(wěn)定、實用化、產(chǎn)業(yè)化程度高的特點而在國內(nèi)外日益受到廣

2、泛的重視和推廣。上海大眾公交集團公司在2001年4月率先使用了安裝進口奔馳發(fā)動機的單燃料CNG公交車。在將近6年的營運中,在治理大氣環(huán)境污染和能源替代方面起到了非常良好的帶頭、示范作用,但進口天然氣發(fā)動機價格高、由于歐元升值造成的進口配件價格貴、進口配件供應(yīng)不及時等一些問題難以解決,使這些車輛的正常營運面臨困難,也不利于本市CNG公交車的健康發(fā)展和推廣應(yīng)用。所以,針對即將面臨的大量使用年限到期而淘汰的天然氣發(fā)動機,尋找國產(chǎn)的天然氣發(fā)動機替換進口的天然氣發(fā)動機進行應(yīng)用試驗,不僅可以更科學(xué)、合理、有效的推廣CNG公交車,還可以避免這些采用進口天然氣發(fā)動機的公交車輛重蹈高排放柴油車輛以及相關(guān)舊車型因

3、強制提前淘汰造成巨大浪費的覆轍。 為了解決天然氣發(fā)動機應(yīng)用的瓶頸,采用國產(chǎn)替代產(chǎn)品是一個有效的方法。為此,大眾公交首先將上海申沃客車有限公司研制的、采用上柴T6114ZLQ型天然氣發(fā)動機的CNG公交車投入線路運營。本文將結(jié)合采用奔馳、康明斯發(fā)動機天然氣公交車的實際運營數(shù)據(jù),運用層次分析法,進行三種發(fā)動機的選型研究。層次分析法的最大優(yōu)點是可以處理定性和定量相結(jié)合的問題,在發(fā)動機的選型中,可以將工程師的主觀判斷與經(jīng)驗導(dǎo)入模型,并結(jié)合實際數(shù)據(jù)得出量化結(jié)果。 二、實際數(shù)據(jù)比較 目前在用進口天然氣發(fā)動機與國產(chǎn)天然氣發(fā)動機的對比分析,主要采用CNG公交車在制造、使用、維護中積累的資料和數(shù)據(jù)。 (一)發(fā)動機

4、的經(jīng)濟性 天然氣發(fā)動機的價格對CNG車的造價影響很大。三個天然氣發(fā)動機的購置價格見表1: 從發(fā)動機的購置價格看,國產(chǎn)天然氣發(fā)動機具有明顯的優(yōu)勢,而且隨著關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化和生產(chǎn)批量的增加,還將進一步降低。而表中所列的進口天然氣發(fā)動機的價格還是兩年前的價格,隨著匯率的變化,其價格還會進一步提高。 (二)發(fā)動機的動力性 發(fā)動機的動力性可以從功率、扭矩、強化系數(shù)等指標進行比較,見表1。 (三)發(fā)動機的可靠性 通過在大眾二汽公司218路5萬公里的對比試驗,20042005年在3種發(fā)動機對比試驗中進口發(fā)動機的平均故障間隔里程MTBF,見表2。 三、建立層次模型 應(yīng)用AHP法,以上面的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立層次

5、分析模型。將選擇發(fā)動機定為目標層,將各發(fā)動機的動力性,經(jīng)濟性,可靠性作為準則層,將以上3個系列發(fā)動機為方案層進行層次分析,層次結(jié)構(gòu)如圖1所示: 四、構(gòu)造準則層對目標層的成對比較陣及一致性檢驗 從上海大眾公交公司、上海柴油機公司和申沃客車公司選擇了5位對發(fā)動機產(chǎn)品非常熟悉的工程師作為專家,根據(jù)車輛發(fā)動機的經(jīng)濟性,動力性,可靠性3個準則對天然氣發(fā)動機選擇的重要性進行了評判,見表4: 根據(jù)表4中各發(fā)動機的經(jīng)濟性,動力性,可靠性3個準則對天然氣發(fā)動機選擇的重要性進行了評判,用成對比較法得到的成對比較陣(正互反陣)為: 經(jīng)計算 的最大特征值,查表可知,得出 ,通過了一致性檢驗。利用和法可求得權(quán)向量: 五

6、、構(gòu)造方案層對準則層各要素的成對比較陣及一致性檢驗 用同樣的方法構(gòu)造方案層對每一個準則層的成對比較陣。對比分析從以下幾個方面進行: 按表1、2、3分別構(gòu)造出上柴T6114ZLQ4B、奔駛M906LAG、康明斯CG-250 動力性、經(jīng)濟性和可靠性的成對比較陣: 利用和法,分別計算結(jié)果如下: 1. 的最大特征值、 ,查表可知 ,得出 ,通 過了一致性檢驗。權(quán)向量 2. 的最大特征值、 ,查表可知 ,得出 ,通過了一致性檢驗。權(quán)向量 3. 的最大特征值、 ,查表可知 ,得出 ,通過了一致性檢驗。權(quán)向量 六、發(fā)動機確定 用 表示方案層中3個備選方案在目標層中所占的比重,可以得到基于層次分析法的天然氣發(fā)

7、動機選型數(shù)學(xué)模型為: 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上述模型,可得 : 可以確定上柴T6114ZLQ4B型發(fā)動機為所選擇的發(fā)動機。 七、結(jié)論 本文根據(jù)實際運營數(shù)據(jù),運用層次分析法,對上柴T6114ZLQ4B、奔駛M906LAG、康明斯CG-250三個發(fā)動機,從動力性、經(jīng)濟性、可靠性等方面進行選型,最終確定上柴T6114ZLQ4B型發(fā)動機為所選擇的發(fā)動機。在此基礎(chǔ)上, 2008年12月至2009年3月對所選擇的國產(chǎn)天然氣發(fā)動機進行了規(guī)模化應(yīng)用研究,進一步驗證了發(fā)動機的性能。到2009年1月底為止,所有26輛改裝車輛累計安全行駛1357525km,達到了項目預(yù)定的100萬km的目標,通過國產(chǎn)天然氣發(fā)動機的使用情況

8、的跟蹤和統(tǒng)計,定量的評定了經(jīng)濟性、可靠性指標。發(fā)動機的運行情況正常。車輛的燃料經(jīng)濟性和維修的材料費與改裝前相比有較大幅度下降,發(fā)動機的可靠性和車輛的利用率明顯提高,給運營企業(yè)帶來實實在在的經(jīng)濟效益,驗證了發(fā)動機國產(chǎn)化及其匹配技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的效果。車輛改裝國產(chǎn)天然氣發(fā)動機后,解決了進口發(fā)動機因帶病運行的性能下降問題,恢復(fù)了動力性,受到駕駛員和運營企業(yè)的歡迎。        參考文獻 1許樹柏.層次分析法原理M.天津:天津大學(xué)出版社,1988. 2和金生.用層次分析法探討科研成果的綜合評價M.系統(tǒng)工程理論與實踐,1985.