随着排放法规日益严苛,发动机朝着高热效率、低污染物排放、高燃油经济性方向发展。缸内混合气的燃烧质量直接影响到发动机的热效率,进气道作为发动机进气系统的重要组成部分,其结构参数对于提高缸内充量系数及改善油气混合均匀性均有重要作用。因此,通过深入优化发动机的进气道结构能够有效增强缸内的气流运动,改善混合气燃烧质量,从而为提高发动机的动力性、经济性和排放性提供一定的基础。本文主要研究内容与结论如下:(1)建立了适用于非道路用汽油机进气道稳流计算的几何模型,通过网格无关性对网格模型进行了验证,并对不同气门升程下的气道模型进行了稳态模拟计算。以流量系数、滚流比、压力分布及速度分布特性等作为进气道性能的评价指标,分析了原机的进气道性能。结果表明,原机进气道存在流量系数较小、缸内的气流运动较弱以及压力梯度过渡不合理等问题,不利于缸内混合气的燃烧,从而导致排放污染物增加。(2)通过采用优化气门杆座圈几何结构的方法,提高了进气道的性能参数。基于进气道截面积的变化规律,分析了进气道压力梯度分布的影响因素。对气门杆座圈的竖直壁面进行圆弧化设计,提高了截面积过渡的均匀程度,降低了进气道结构的节流作用,使得流动阻力减小。结果表明,优化后气道结构的流量系数和滚流比均得到了明显的提高,其中,中低气门升程下的流量系数增加了约3%,高气门升程下的滚流比增加了约5%。(3)基于CAESES软件,对进、出口气道偏置角与出口气道凸台位置三个进气道结构参数进行优化设计。对三个结构参数的20个水平进行Sobol采样,利用CAESES软件耦合Star CCM+软件进行稳态模拟计算。结果表明,随着进口气道偏置角α的增大,流量系数逐渐增大,滚流比呈现上下波动的变化趋势;随着出口气道偏置角β的增加,流量系数在一定范围内呈现小幅增大的变化趋势,滚流比在β较小时呈现先增后减的变化趋势;出口气道凸台浮动距离γ的增大,流量系数逐渐减小,滚流比逐渐增大。基于上述因素,分别选取了其中3个较优水平进行了正交试验设计,通过均值与极差分析,确定进气道的最优结构参数,即α、β、γ分别为9.375°、6.875°与1.375 mm,此时进气道的流量系数和滚流比分别增加了7.7%和17.2%。(4)建立了适用于瞬态计算的网格模型,分别对进气道优化前后的缸内气流运动进行瞬态模拟,分析了优化前后缸内平均湍动能与平均滚流比的变化规律。结果表明,建立的瞬态计算模型可以较好的反映缸内气流运动。进气道优化后,整个进气阶段的缸内平均湍动能增加了11.2%,缸内平均滚流比增加了13.8%。可见,优化后的进气道增强了缸内的气流运动,有利于缸内燃烧质量的改善、降低污染物的排放,为汽油机进气道的优化设计提供了依据。