随着计算机技术的迅猛发展，计算模拟技术越来越多的被生产厂商认可并应用到工程设计中。目前发动机数值模拟在国内外得到了广泛应用，针对不同的发动机如何将理论知识应用到其优化设计中，以及采用何种方法来完成发动机各部件间的合理匹配是非常重要的。本文以长城汽车股份有限公司生产的GW4G15轿车用汽油机为研究对象，采用“数值模拟+试验”的方法对其进行优化设计，介绍了一种逐渐接近设计目标的“模拟+试验”方案。首先结合原机性能试验数据，运用发动机性能仿真软件BOOST及配气机构结构仿真软件Excite-TD进行优化计算。主要从进气系统的结构尺寸、排气系统的结构尺寸及配气相位等方面进行优化，着重分析进排气管道内压力波动及充量系数等参数，找出影响该机性能的主要因素。基于模拟计算结果，权衡成本及是否便于更换，选择对该发动机性能提升显著且易实施的配气机构及排气歧管进行改进，利用快速成型技术制造优化后的进排气凸轮轴和排气歧管样件。在原机上更换不同的样件，然后对其逐一累加试验验证。结果表明，模拟计算结果与试验结果趋于一致，优化后，提高了该汽油机的性能，达到了设定目标。本课题通过采用并行模拟和试验的方法，对GW4G15汽油机的性能进行了优化。利用该方法不但缩短了研发周期、降低了开发成本，且提高了模拟的准确性，避免了不必要的重复。该方法对以后发动机的优化有一定实用价值。