对于二冲程内燃机而言,换气过程的优劣至关重要。与四冲程内燃机具有独立的进排气冲程不同,二冲程内燃机的换气过程是通过进排气压差使新鲜充量进入气缸完成缸内废气的置换过程,在此过程中新鲜充量不仅会与缸内废气产生掺混现象而且还会不可避免的发生短路。换气系统参数的选择不仅关乎到缸内废气的清扫情况还会影响内燃机的工作效率,因此对于二冲程换气系统的匹配和优化需要开展较为深入的研究。本文依托于课题组所开发的对置活塞二冲程原理样机,开展的主要研究内容包括:1)针对对置活塞二冲程内燃机扫气模型建模问题,利用三维CFD(Computational Fuild Dynamics)计算方法得到的综合扫气曲线作为一维模型的边界条件进行建模可以得到较为准确的计算结果。建立对置活塞二冲程内燃机试验台架,通过示踪气体法验证了换气过程结果,利用称重式油耗仪验证了油耗计算结果。2)对置活塞二冲程内燃机的主要换气系统参数有进排气压差、排气背压、进排气口高度和宽度。换气评价指标从换气过程整体评价参数、缸内封存气体质量、换气过程子阶段完成比例和新鲜充量短路情况四个方面展开。在明确了换气系统参数和评价指标的基础上,进行了换气系统参数对换气过程评价指标的影响规律分析。3)针对采用串联式复合增压形式的对置活塞二冲程内燃机研究了进排气压力对功率和油耗的影响规律。基于发现的影响规律总结了直流扫气二冲程内燃机满足设计功率和油耗最优的进排气压力匹配方法。利用模糊控制的思想,在Matlab/Simulink中建立模糊控制模型与GT-Power耦合仿真,实现了以油耗为优化目标的进排气压力自动化寻优。4)进行了进排气口高度和宽度对功率和油耗的影响规律分析。通过正交分析和极差分析发现气口高度的改变对内燃机性能参数的调节作用比气口宽度的改变更加明显。设计了一套气口可调机构,实现了气口高度的连续调节。针对不同气口高度,在满足设计功率并优化其进排气压力的基础上,研究了气口高度的改变对油耗的影响规律。由于影响规律的非线性,基于机器学习的思想,以油耗为优化目标,利用GA-SVM(Genetic Algorithm-Support Vector Machine)方法预测合理进排气口高度组合,对不同转速下的进排气口高度组合进行了优化计算。5)依托于课题组申请的航空活塞发动机的开发项目,开发了航空对置活塞二冲程柴油机虚拟原理样机。应用本文所设计的气口高度可调装置和进排气压力、进排气口高度组合优化方法,根据设计需求,以油耗为优化目标,预测了不同海拔高度下最优的进排气压力和进排气口高度组合。针对优化计算结果,建立三维CFD模型进行计算,所得结果与一维计算进行对比,验证了方案的可行性。