随着汽车保有量的持续增加,能源消耗和尾气排放带来的环境污染问题已不容忽视。各大车企及相关研究单位都在持续开发新的发动机技术,以降低汽车能耗和排放,满足日益严格的油耗法规和排放法规。GDI结合可变气门技术和涡轮增压技术不仅可以保证发动机动力性能,还可以提高燃油经济性。在发动机部分负荷工况,采用EGR技术,可有效提高进气压力,减小进气损失,降低缸内最高压力,抑制爆震,同时还可以降低发动机排放。本文选用一台1.5T的GDI发动机为原机,通过GT-Power软件搭建发动机一维计算模型。利用试验数据对原机模型进行验证,以原机为基础设计多组米勒循环进气型线,研究米勒循环以及EGR对发动机性能的影响;结合一维计算结果,采用CFD软件CONVERGE建立发动机进气道-燃烧室三维模型,利用试验数据对原机模型进行验证,对比分析了原机、进气门早关米勒循环、进气门晚关米勒循环,对发动机缸内油气混合、燃烧以及排放的影响。本文主要研究工作如下:(1)针对发动机转速为1000r/min、2000r/min、3600r/min的部分负荷工况、外特性工况以及额定转速工况,研究不同米勒强度下进气门早关和晚关米勒循环对GDI发动机整机性能的影响。研究结果表明,在部分负荷工况下,米勒循环可通过减小泵气损失,增大进气密度,降低燃烧温度的方式来改善发动机燃油经济性。在低转速1000r/min外特性区域,米勒循环对发动机燃油经济性改善作用较明显,在一定米勒强度范围内,随着米勒强度的增大燃油经济性改善越明显,当米勒强度为-29°CA时燃油消耗率最大降幅约为10.5%。但随着米勒强度的继续增大,燃油经济性开始恶化;在中等转速2000r/min至3600r/min时,米勒循环对燃油经济性的影响效果不明显;在高转速5600r/min时,米勒循环会使发动机燃油经济性恶化。(2)在转速2000r/min、50%负荷工况下,探讨了米勒循环结合EGR对发动机性能的影响。结果显示,在进气门早关米勒循环中,引入EGR对发动机燃油经济性的改善作用有限。在进气门晚关米勒循环中,当EGR率约为7%时,发动机经济性最好,此时较同等EGR率下的原机相比燃油消耗率降低了约1.3%,与不带EGR的原机相比燃油消耗率降低了约3.2%。(3)基于一维计算结果,在转速2000r/min、50%负荷,米勒强度±58°CA下。通过对缸内速度场、湍动能以及当量比分布情况分析可知:进气门晚关能够显著增强着火前缸内的湍动能,提高油气混合程度,有利于缸内混合气的燃烧。而在进气门早关循环中,湍动能下降较明显,油气混合程度低于进气门晚关循环。缸内燃烧过程分析结果显示,进气门晚关米勒循环中的燃烧相位更加合理,缸内最高压力提高的同时,燃烧温度降低,使soot排放降低。而在进气门早关米勒循环中由于湍动能的下降,导致缸内燃烧过程变缓,燃烧温度显著下降,HC排放水平显著增大。(4)在上述进气门晚关米勒循环和原机中引入7%的EGR率,对比研究米勒循环结合EGR对发动机缸内燃烧过程及排放的影响。结果表明,EGR的引入,能实现对燃烧过程的有效控制,可降低缸内最大压力和温度。这有利于降低汽油机爆震倾向以及为米勒循环的几何压缩比提高、燃烧优化提供了空间。