气道性能的优劣，直接影响着内燃机缸内气体的流动和燃烧状况，进而影响内燃机的动力性、经济性和排放特性。内燃机气道，受气体流动特性、空间结构、铸造及加工工艺等多重约束条件限制，具有复杂的空间曲面结构，有关内燃机气道的设计及性能的评价一直是内燃机研究开发的重点之一。鉴于此，本课题围绕内燃机气道开展了稳态流动特性的评价方法、气道参数化设计及气道敏感性分析等系列研究。针对国内外现有的气道稳流评价方法不合理假设过多，不能对内燃机瞬态工况下充气效率、涡/滚流比等进行预测难题，根据理论分析，提出了一种基于气道稳流试验结果进行瞬态气道性能预测的方法，该方法充分考虑了内燃机瞬态工况下缸内压力变化、气体流动状态、充气效率、涡流和滚流的演变规律、残余废气、压缩比等因素，摒弃了传统评价方法中缸内压力恒定、充气效率为100%、气体不可压缩等不合理假设条件，建立了内燃机气道稳态工况和瞬态工况的对应关系，首次实现了内燃机不同转速下充气效率以及涡/滚流比的准确预测，该模型在某柴油机上进行了试验验证，结果表明：采用该评价方法预测的内燃机充气效率与试验值一致，实验值与预测值的偏差小于4%。开展了切向气道的全参数化设计研究。针对切向气道，提出并定义了18个气道参数，同时对三维软件Pro/E进行了二次开发，构建了基于这些参数的气道生成系统，仅通过所定义的18个气道参数的输入，实现了切向气道的全参数化设计。在此基础上，采用气道稳流试验模拟方法，分别研究了Av、Ab、Hv、Ah、Ar、Ac等关键气道性能参数对气道性能的影响规律，研究表明：气道的流通截面与进出口壁面对气流的导向作用对气道的稳态流动特性有决定性的影响。在保持一定流通截面的基础上，性能参数对气道的流通能力影响较小，对涡/滚流比有较大的影响。其中，对于柴油机切向气道，进气道出口壁面对气流的垂直导向作用使涡流比的变化幅度达到20%，进气道出口壁面对气流的水平导向作用使涡流比的变化幅度达到15%；对于汽油机切向气道，进气道入口壁面对气流导向作用使滚流比的变化幅度达到4%，进气道出口壁面对气流导向作用使滚流比的变化幅度达到10%。为了对气道的参数进行优化，基于关键气道参数构建了人工神经网络预测模型，结合遗传算法，以内燃机气道性能系数为目标函数，对气道的参数优化进行了系统研究。研究表明：采用人工神经网络预测的气道性能与数值模拟结果具有较好的一致性，其中流量系数的偏差小于1%，涡/滚流强度的偏差小于1.5%。该优化方法在某汽油机气道上进行了数值模拟验证，优化结果显示，该汽油机气道最大气门升程下的流量系数在保持不变的基础上，滚流强度提高了6.12%。通过遗传算法在气道设计中应用，实现了对切向气道性能参数的优化调整，从而突破了传统基于经验和数据库进行气道开发的局限性，实现了进气量和气流运动形式彼此制约下气道性能的最优化。气道设计及优化完成之后，针对缸盖在生产过程中由于铸造及加工偏差引起的气道结构变形，可能会导致气道性能的突变，使内燃机机整体性能下降的现象，对某柴油机切向气道开展了敏感性研究，系统的分析了倾斜、偏心以及胀大三种主要缺陷对气道性能的影响规律，研究表明：这三种缺陷对柴油机切向气道流通能力的影响较小，对涡流比有较大的影响。当倾斜缺陷达到1°时，涡流比的最大偏差为9.3%；当偏心缺陷达到1.5mm时，涡流比的最大偏差为19.6%，当胀大缺陷达到1mm时，涡流比的最大偏差为7.8%。