随着石油短缺和环境污染问题的日益突出,发展车用发动机代用燃料显得越来越重要。本文通过数值模拟软件GT-Power对某公司的一款1.5L CNG(压缩天然气)发动机进行了涡轮增压器的匹配及性能优化。首先,运用GEM3D工具离散化的方法建立了某1.5L自然吸气车用天然气发动机GT-Power仿真模型,该建模方法能够提高建模效率和建模精度,经用试验数据对模型进行校核,模型最大误差为3.64%,满足工程应用要求。在自然吸气天然气发动机计算模型的基础上建立了涡轮增压发动机模型。利用该模型对由两个涡轮机A、B和三个压气机C、D、E相互组合的六种涡轮增压器匹配方案分别进行了计算,综合分析了六种方案与发动机的匹配情况,最终确定由涡轮机A和压气机E组合的方案3为最优方案。接着对涡轮增压器方案3进行了台架试验,试验结果表明增压发动机的最大扭矩为190.8N.m(2800r/min),最大功率为85.9k W(5200r/min),达到了预期性能开发目标值。将模拟值与试验值进行对比,模拟值最大误差小于5%,在工程应用允许误差范围内。最后,用DOE(design of experiment)试验设计工具对增压发动机的点火提前角进行了优化,优化后发动机在缸内最大爆发压力和涡前排气温度的限制下扭矩最大提高了9.3%。优化了发动机外特性和2800r/min部分负荷时不同压缩比下的点火提前角,在外特性下受缸内最大爆发压力和涡前排气温度的限制,随着压缩比的增大,发动机扭矩略有增大,燃气消耗率略有降低,缸内最大爆发压力和涡前排气温度在低转速段变化较明显,在中高转速段则无明显的变化。2800r/min部分负荷时,发动机随压缩比的增大,扭矩和缸内最大爆发压力均增大,燃气消耗率和涡前排气温度均减小。最终确定最优压缩比为12。对发动机过量空气系数进行了计算分析,同时优化了发动机不同过量空气系数时的点火提前角,燃气消耗率随过量空气系数的增大大致呈现先减小后增大的趋势,得出过量空气系数为1.1时发动机具有最佳经济性。