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可变气门正时(VVT，Variable Valve Timing)技术已成为改善汽油机性能的关键技术，机械驱动的凸轮式配气结构由于凸轮轴的限制，配气参数可调整范围较小。无凸轮式配气技术在理论上能够灵活独立地控制各缸气门动作，改善换气性能。气门的运动规律是应用无凸轮式配气技术的关键，因此，无凸轮式配气型线的优化设计研究是非常有必要的。
本文基于AVL-Boost及AVL-Fire平台搭建了某天然气发动机一维及三维仿真模型，根据试验工况调整进排气边界条件、流量等参数，结合台架试验对仿真模型进行标定，结果显示：仿真值与实验值吻合，误差在合理范围内，验证了模型的准确性。探究了不同工况下采用无凸轮式配气型线后发动机性能的变化情况，总结了不同工况下无凸轮式气门型线的配气参数对发动机性能的影响规律。主要结论如下：
(1)转速1600r/min、进气压力130kPa的工况下，随着排气早开角的不断增加，膨胀损失功不断增加，排气推出损失功、总排气损失功先降低后增加；保持最佳排气早开角不变，随转速的升高，排气推出损失功不断增加，总排气损失功不断增加；保持转速不变，随进气压力的不断增加，膨胀损失功及排气推出损失功均不断增加，总排气损失功不断增加。相比转速对排气损失的影响，进气压力对排气损失的影响较弱，但是二者对排气损失的影响趋势相同，转速升高时通过增大排气早开角能够有效降低排气损失。
(2)保持进气压力130kPa不变，充量系数在不同转速条件下均随进气晚关角的增加呈现先增加后降低的趋势，最佳的进气晚关角随着转速的增加而增加；保持转速不变时，不同进气压力下充量系数均随着进气晚关角的增加呈现先增加后降低的趋势，且进气压力越大充量系数增加越多，进气压力对最佳进气晚关角的影响不大。
(3)转速1600r/min、进气压力130kPa的工况下，保持进气型线不变，排气升程较低及排气门关闭过早均会导致排气不畅，间接导致充量系数降低，动力性下降，经济性变差；保持排气型线不变，充量系数随最大进气门升程增加逐渐递增，递增的趋势越来越缓；进气升程与原机最大升程相等且采用0度气门重叠时，充量系数为0.85，相比原机提高3.3%；进气门升程逐渐增大时，比油耗逐渐降低而指示功率不断增加；当进气门升程较小时，燃油经济性与动力性均较差。
(4)采用无凸轮式配气型线，保持进气压力不变，低转速时可采用较小升程及气门重叠期的配气型线来满足发动机基本需求，转速升高时可通过适当增加气门升程及气门重叠角来改善发动机性能，且改善效果在低转速时较为显著；
(5)采用无凸轮式配气型线，转速不变时，进气压力较小时可采用较小的进气门升程就能保证发动机动力性；进气压力升高时，为了使进气顺畅可通过增大进气门最大升程来改善发动机性能；
(6)全工况来看，低转速低负荷时，采用无凸轮式配气型线，气门升程、进气开启持续期、气门重叠期较小，发动机动力性、经济性能够得到改善；随着负荷、转速的升高，气门升程、进气开启持续期、气门重叠角不断增加，发动机动力性、经济性均得到改善；采用无凸轮式配气型线，低转速、低负荷时能够在较大程度上改善发动机动力性和经济性。
仿真研究表明：采用无凸轮式配气型线可以根据不同工况灵活调整气门升程及相位，能够有效降低发动机部分负荷工况下的换气损失，改善发动机的动力性及燃油经济性，为无凸轮式配气机构的控制应用提供了理论依据。
本文基于AVL-Boost及AVL-Fire平台搭建了某天然气发动机一维及三维仿真模型，根据试验工况调整进排气边界条件、流量等参数，结合台架试验对仿真模型进行标定，结果显示：仿真值与实验值吻合，误差在合理范围内，验证了模型的准确性。探究了不同工况下采用无凸轮式配气型线后发动机性能的变化情况，总结了不同工况下无凸轮式气门型线的配气参数对发动机性能的影响规律。主要结论如下：
(1)转速1600r/min、进气压力130kPa的工况下，随着排气早开角的不断增加，膨胀损失功不断增加，排气推出损失功、总排气损失功先降低后增加；保持最佳排气早开角不变，随转速的升高，排气推出损失功不断增加，总排气损失功不断增加；保持转速不变，随进气压力的不断增加，膨胀损失功及排气推出损失功均不断增加，总排气损失功不断增加。相比转速对排气损失的影响，进气压力对排气损失的影响较弱，但是二者对排气损失的影响趋势相同，转速升高时通过增大排气早开角能够有效降低排气损失。
(2)保持进气压力130kPa不变，充量系数在不同转速条件下均随进气晚关角的增加呈现先增加后降低的趋势，最佳的进气晚关角随着转速的增加而增加；保持转速不变时，不同进气压力下充量系数均随着进气晚关角的增加呈现先增加后降低的趋势，且进气压力越大充量系数增加越多，进气压力对最佳进气晚关角的影响不大。
(3)转速1600r/min、进气压力130kPa的工况下，保持进气型线不变，排气升程较低及排气门关闭过早均会导致排气不畅，间接导致充量系数降低，动力性下降，经济性变差；保持排气型线不变，充量系数随最大进气门升程增加逐渐递增，递增的趋势越来越缓；进气升程与原机最大升程相等且采用0度气门重叠时，充量系数为0.85，相比原机提高3.3%；进气门升程逐渐增大时，比油耗逐渐降低而指示功率不断增加；当进气门升程较小时，燃油经济性与动力性均较差。
(4)采用无凸轮式配气型线，保持进气压力不变，低转速时可采用较小升程及气门重叠期的配气型线来满足发动机基本需求，转速升高时可通过适当增加气门升程及气门重叠角来改善发动机性能，且改善效果在低转速时较为显著；
(5)采用无凸轮式配气型线，转速不变时，进气压力较小时可采用较小的进气门升程就能保证发动机动力性；进气压力升高时，为了使进气顺畅可通过增大进气门最大升程来改善发动机性能；
(6)全工况来看，低转速低负荷时，采用无凸轮式配气型线，气门升程、进气开启持续期、气门重叠期较小，发动机动力性、经济性能够得到改善；随着负荷、转速的升高，气门升程、进气开启持续期、气门重叠角不断增加，发动机动力性、经济性均得到改善；采用无凸轮式配气型线，低转速、低负荷时能够在较大程度上改善发动机动力性和经济性。
仿真研究表明：采用无凸轮式配气型线可以根据不同工况灵活调整气门升程及相位，能够有效降低发动机部分负荷工况下的换气损失，改善发动机的动力性及燃油经济性，为无凸轮式配气机构的控制应用提供了理论依据。