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在发动机研发过程中,从产品研发,优化到试验阶段都可对发动机性能进行优化。发动机标定试验作为发动机试验阶段中极其重要的一个环节,对发动机的动力性、经济性和排放性能改善有着至关重要的作用。在标定过程中对各性能参数进行综合考虑并寻求一种综合效果最佳的理想方案将是一项复杂繁琐的工作,对标定工程师的理论和实践能力要求都很高,因此,为了便于标定工程师高效完成标定试验,对标定过程中主要的可调参数进行仿真优化研究显得尤为重要。本文的主要研究内容是以团队在研的某汽油机为研究对象,分析该发动机的主要可调参数对其动力性、经济性、燃烧过程和排放性的影响,通过构建数值模型并采用多目标优化方法,得到满足多目标开发要求的可调参数MAP图,在发动机标定试验中为标定工程师提供了一定的参考和指导。主要研究内容有:(1)搭建了汽油机性能仿真模型并利用试验数据对该模型进行标定,确保其模型计算符合实际状态,以用作指导实践的有效参考依据。基于搭建的GT-POWER模型,分析了空燃比、点火时刻和配气相位对发动机扭矩和燃油消耗率的影响。结果表明,空燃比在较高转速对扭矩影响明显,且在全转速内对有效燃油消耗率影响较显著;随着空燃比的增加,扭矩先逐渐增加后减小,有效燃油消耗率逐渐降低;点火时刻在较低转速对扭矩和有效燃油消耗率影响都较明显,随着点火时刻的提前,扭矩与有效燃油消耗率先增加后降低,点火时刻对有效燃油消耗率影响小于空燃比。此外,进气晚关角对扭矩影响较大,其他相位角对扭矩和有效燃油消耗率的影响较小。(2)搭建了该汽油机三维燃烧数值模型并对其进行了标定,基于AVL-FIRE搭建的燃烧模型,分析了空燃比和点火时刻对缸内压力,缸内温度,瞬时燃烧放热率和累积燃烧放热率等燃烧过程参数的影响,进而分析了对NOx、HC和CO排放物的影响规律。结果表明,空燃比对缸内最大压力和最大瞬时放热率影响较显著;当空燃比在理论空燃比附近时,缸内温度最高;随着空燃比的增加,NOx先增加后降低,HC逐渐增加,CO逐渐减小。点火时刻对缸内最大压力和最大瞬时燃烧放热率的影响较明显,随着点火时刻的提前,缸内最高温度逐渐增大,其对应的时间也提前,NOx逐渐减小,HC和CO逐渐增加。(3)基于对不同工况的性能需求,利用MODEFRONTIER优化软件与GTPOWER联合仿真,建立了空燃比和点火时刻与动力性、经济性和排放物之间的近似模型,得出了满足不同工况需求的空燃比MAP和点火时刻MAP,并总结了利用近似模型优化空燃比和点火时刻的流程和方法。结果表明:发动机在起动工况,空燃比应控制在14.2-14.5,点火提前角控制在14°CA-20°CA,且点火提前角随负荷的增加而减小;在小负荷、中高速工况,空燃比控制在14.5-15.1,点火提前角控制在25°CA-33°CA;在大负荷高速工况,空燃比控制在13.5-14.5,点火提前角控制在21°CA-27°CA;在外特性工况追求动力性,空燃比控制在13.5-14.3,点火提前角控制在14°CA-23°CA。(4)为了量化空燃比和点火提前角优化前后对发动机性能的改善效果,对优化前后发动机的外特性进行了对比分析,结果表明:在2000r/min-5500r/min发动机动力性有不同程度的提升,其中在3500r/min扭矩提升4.64%,在1500r/min-4500r/min有效燃油消耗率也有不同程度改善,其中在2500r/min时燃油消耗率降低1.8%。