中国高原面积大、风景秀丽,保护生态环境是新时代高原城市高质量发展的基本要求。高原城市汽车保有量逐年增加,已经成为高原大气污染的重要来源之一。同时,内燃机为机动车辆必不可少的核心组成部分,在高原环境下故障率显著提升,尾气排放污染进一步加深,更为重要的是带来了严重的安全隐患。当前高原城市消费者对于机动车的环保性和涉及安全性的故障预警和诊断智能化要求不断提升,是未来内燃机市场竞争的热点和焦点。开展内燃机排放质量评价和故障诊断决策知识库的研究对于云内动力有限股份公司发展和高原城市环境保护以及我国抢占内燃机标准高地具有重要的现实意义和社会意义。本研究依托云内动机实验平台,从生态环境保护和产品优化设计的双视角开展基于尾气信息的内燃机高原排放质量改进以及故障诊断知识应用研究。本研究主要工作分为四个核心部分:(1)内燃机高原排放特性统计分析。小缸径内燃机在排放性和经济性上都具有显著的优势,在未来市场竞争中具有优势,是本公司未来市场重点销售型号。本研究以小缸径内燃机为研究对象,开展内燃机高原排放实验设计,统计分析故障状态下和正常状态下的尾气排放特征,分析海拔变化对于尾气排放特征的影响。(2)内燃机排放质量综合评价研究。本研究提出利用区间数度量污染等级评价指标等级属性,然后基于可能度理论测算指标客观属性权重,并融合粗糙集法确定指标主观属性权重,进而构建内燃机排放质量可变模糊集评价模型,最后采用实例数据验证本方法的科学有效性,并对比分析海拔变化的影响,探讨不同减排方案的有效性。(3)内燃机故障智能化诊断模型研究。本研究提出一种新的基于IHS-RVM的内燃机故障诊断模型。为了获得性能更优的RVM诊断模型,对和声搜索(Harmony Search,HS)算法中HMCR、PAR和BW三参数获取方法进行改进,获得改进的和声算法(Improved Harmony Search,IHS),然后,利用IHS进行RVM超参数寻优,进而利用尾气信息构建出了一种新的基于IHS-RVM的内燃机故障诊断模型。(4)内燃机故障诊断决策知识库设计。首先设计了知识库的表达方式,根据尾气信息和运行状态关系,建立了内燃机故障诊断决策知识库的规则库、事实库和专家库,并以排放质量模型和故障诊断模型为基础设计了推理机;同时,为提升知识库解释能力,设计了维保数据字典和知识检索模块,为内燃机故障诊断决策知识库实现奠定了基础。本研究的创新点主要体现在:(1)设计了一套内燃机在变海拔多工况下高原尾气排放信息试验方案。本研究提出在试验方案选择在省内最高海拔和最低海拔落差达到6000m以上云南进行;选定了符合高原特征且具有代表性的城市作为试验点,且控制了同一海拔和状态下的因素水平,减小了试验误差;该方案解决了实验数据和实际工况数据的差异性问题,揭示了内燃机在变海拔地区的尾气排放性能及基本规律。(2)构建了面向内燃机尾气信息特征的高原排放质量评价方法和故障诊断知识库。本研究提出了基于组合权重的内燃机高原排放质量可变模糊集评价模型,交叉应用了质量管理、模糊数学、机械工程理论等多学科知识,解决了定性评价存在的不足;同时,提出了一种融合粗糙集、和声算法以及RVM方法分别在属性简约、参数寻优和学习预测方面优势的组合方法,明晰了内燃机高原故障特征与尾气信息间的映射关系,并以智能决策知识系统理论为指导,设计了内燃机故障诊断决策知识库,解决了当前故障诊断精度低、效率低的问题。