日益增长的能源需求和严格的排放法规促使研究人员探索更高效、更环保的替代燃料,推动传统发动机转型。氢气具有点火能量低、扩散速度快、火焰传播速度快、着火界限广等优点,在汽油机中掺混氢气可在一定程度上改善发动机的性能。本文采用进气道喷射氢气,缸内直喷汽油的复合喷射方式,采取数值模拟与理论分析相结合的方法,探究中高转速和大负荷耦合下,掺氢比对发动机燃烧和排放性能的影响,即研究了3500r/min、4500r/min和6000r/min的100%负荷率、90%负荷率和80%负荷率下,0%、5%、10%、15%和20%的掺氢能量分数对汽油机缸内速度场、缸内氢气分布、燃烧特性、以及动力性、经济性和排放性的影响。研究结果表明:在3500r/min、4500r/min的100%负荷率和90%负荷率下,掺氢比为10%时,发动机的燃烧性能最佳;在3500r/min的80%负荷率下,掺氢比为10%时发动机的燃烧特性稍有改善,掺氢比为10%和15%时,动力性和经济性与纯汽油机接近;在4500r/min的80%负荷率下,掺氢不能使发动机的动力性和经济性得到改善;在6000r/min时,100%负荷率下,掺氢比10%时,动力性最佳,掺氢比为15%时经济性最佳,90%负荷率下,掺氢比20%时动力性最佳,掺氢比为15%时经济性最佳,80%负荷率下,掺氢比10%时燃烧性能最佳。在排放方面,CO质量分数整体处于很低的水平;同一工况下,随着掺氢比的增加,CO₂质量分数逐渐减小;3500r/min的100%负荷率和90%负荷率、4500r/min的100%负荷率下,掺氢比为5%和10%时NO质量分数高于纯汽油机,3500r/min的80%负荷率下,掺氢5%、10%和15%时NO质量分数较纯汽油机高,4500r/min的90%负荷率和80%负荷率下,掺氢比为10%时NO质量分数大于纯汽油机,6000r/min的100%负荷率和80%负荷率下,随着掺氢比的增加,NO质量分数先增大后减小,且都大于纯汽油机。