WAVE三缸发动机模拟与改进：基于MATLAB的建模、仿真与优化分析

WAVE三缸发动机模拟与改进：基于MATLAB的建模、仿真与优化分析

摘要

随着全球排放法规的日益严苛和燃油经济性要求的不断提升，小排量三缸涡轮增压发动机因其结构紧凑、摩擦损失小、低速扭矩表现好等优点，在中低端乘用车市场得到了广泛应用。然而，三缸发动机固有的往复惯性力和力矩不平衡问题，导致了振动与噪声（NVH）性能的挑战。本文旨在利用MATLAB/Simulink这一强大的多学科仿真平台，构建一个高保真度的三缸发动机整机性能模拟模型。该模型涵盖热力学循环、气体交换过程、曲柄连杆机构动力学以及涡轮增压系统。通过仿真，深入分析发动机的指示性能、有效性能及关键NVH特性。在此基础上，提出并评估多种改进策略，包括平衡轴机构优化、双质量飞轮（DMF）应用、点火相位调整以及进排气正时（VVT）优化，最终实现发动机综合性能的平衡与提升。

关键词：三缸发动机；MATLAB/Simulink；发动机建模；振动分析；性能优化；平衡轴

1. 引言

1.1 研究背景与意义

内燃机作为现代工业的心脏，其发展始终围绕着“高效、清洁、节能、舒适”的主题。在三缸发动机领域，其核心矛盾在于经济性、动力性与NVH性能之间的权衡。与四缸机相比，三缸机少了一个气缸、一套活塞连杆组以及相应的气门机构，显著降低了机械摩擦损失和整机重量，提