涡轮增压直喷汽油机(TGDI)具有节能减排的潜力,随着乘用车第四阶段油耗法规及第六阶段排放法规的实施,汽车企业采用TGDI作为乘用车主流动力成为必然。论文围绕奇瑞汽车股份有限公司2007年开发的某款TGDI发动机,为了满足第四阶段油耗法规和国六排放要求,开展进气道和燃烧室结构优化设计工作。针对该TGDI发动机燃烧稳定性差和缸套湿壁严重两个问题,从进气道和燃烧室结构设计入手,使用PREO三维软件设计提升滚流比的方案,利用计算流体动力学(CFD)软件FIRE进行数值模拟分析,选出最优方案制作样件,进行发动机台架试验验证,旨在提升发动机燃烧稳定性及减少燃油缸套油膜量,从而改善发动机排放性能并提升动力性和经济性。论文提出了进气道和燃烧室耦合优化目标和设计准则,优化目标既要考虑高升程时的流量系数足够大,又要兼顾低升程的滚流比。进气道的设计原则是尽量增大转弯半径和气道与燃烧室底面倾角。燃烧室的设计原则是与进气道合理匹配,增加滚流强度。论文针对不同的进气道和燃烧室设计方案,对其流动和燃烧工作过程进行了三维CFD详细数值解析,得到进气道流量系数、缸内滚流比、燃烧速度以及燃烧稳定性的情况。数值模拟结果表明,国六燃烧系统较国五燃烧系统的进气冲程最大滚流比提升28%,压缩冲程滚流比提升59%,燃烧持续期缩短了5.6度曲轴转角;国六燃烧系统与国五燃烧系统相比,缸套油膜量峰值降低了38%,活塞顶面油膜量峰值降低了92%。台架试验数据表明,通过本文提供的进气道和燃烧室优化方案,燃油消耗率在2000r/min、平均有效压力2bar的工况下降低了10g/kW·h;低速扭矩由265N·m提升到275N·m;排放满足国六法规要求。