本文以167FML汽油机为研究对象,通过相关试验测试建立其一维热力学数值仿真模型,在模型校验的基础上,根据开发目标对发动机性能进行了分析优化。同时,针对产品开发过程中出现的各种故障模式,利用循环模拟数值方法进行了诊断分析,并提出了相应改善措施。本文具体工作内容如下:首先结合大量试验测试,包括发动机台架试验、空燃比测试、气道稳流试验、气门升程测试、热反拖试验、空滤器进气特性试验、以及动态压力测量等,详细阐述了167FML汽油机一维热力学模型建立过程。模型经过校正,模拟值与试验值误差均在5%以内,所建模型能准确反映发动机的工作特征,具有较高的可信度。根据开发目标,基于构建的BOOST模型,模拟分析了不同进排气系统结构以及配气正时对167FML汽油机动力性能的影响,并选择性的提出将进气晚关角提前20DegCA的优化方案,试验验证该方案具有明显提升发动机低速扭矩的效果,5000r/min提升约10.63%,因此被应用于最终产品设计;针对发动机优化过程中出现的热负荷过高的问题,选取两款散热良好的缸头,利用循环模拟方法对气道结构变更对其性能的影响进行了预测分析,试验结果表明新缸头下发动机热负荷大大降低,机油温度下降明显,且发动机最大扭矩提升约5.3%;此外,考虑到整车布置以及发动机性能目标,利用数值模拟方法结合试验测试对消声器进行了重新匹配,并使最大扭矩提升6.9%。应用构建的热力学模型及相关试验测试,对发动机开发过程中出现的各种故障模式进行了诊断分析:针对新缸头发动机出现的高速不稳定问题,文中从模拟缸内残余废气系数及燃烧测试试验两方面入手,分析了其可能产生的原因;其次,对于样机无二次补气状态下怠速不稳的问题,建立带二次补气的一维热力学模型进行对比,分析了二次补气对缸内残余废气率的影响,并提出排气相位整体提前10DegCA的改善措施;此外,针对样机配气机构存在的噪声问题,提出增加凸轮缓冲段的改善措施,并模拟分析了进排气凸轮不同缓冲段设计方案对发动机性能的影响,进而给出设计建议。