能源和环境危机是当今汽车工业可持续发展面临的首要难题，要解决这个难题就必须开发出新的节能环保车型。在制约电动汽车发展的核心技术——电池技术没有取得重大突破的前提下，混合动力汽车将会以其独特的优势在很长一段时间内成为汽车发展的一个重要方向。然而，现有的Otto循环发动机已经无法满足混合动力汽车对发动机性能的要求。高效率的Atkinson循环发动机又重新得到了人们的重视并成为混合动力汽车发动机研究的一个新方向。此时在国内提出对Atkinson循环发动机的研究符合中国汽车的发展趋势。　　 为了探索和研究Atkinson循环发动机的相关特性，作者在介绍了发动机数值模拟相关理论以及Atkinson循环理论分析的前提下，利用发动机仿真软件AVL-BOOST建立了一Otto循环发动机的模型。首先研究了压缩比和进气门关闭角的变化对上止点压力的影响，从而得出采取增大进气门迟闭角的方法可以避免由于提高发动机的几何压缩比导致压缩上止点压力过高而带来的爆震现象。也即采用Atkinson循环可以为提高发动机几何压缩比提供一定的空间。本文就是通过增大几何压缩比来增大膨胀比，同时又通过增大进气门迟闭角来保持有效压缩比不变，从而达到了膨胀比大于压缩比的要求，实现了Atkinson循环。　　 其次，在有效压缩比不变的前提下设计了多种实现Atkinson循环的方案，利用数值模拟的方法对各方案进行分析和对比，考虑到混合动力汽车以追求燃油经济性为首要目标，本文也在优先考虑燃油消耗率的前提下，同时兼顾缸内最大爆发压力得出最佳方案。并依据最佳方案对原机的燃烧室容积和进气凸轮进行了改进。　　 最后，对改进后的发动机进行台架试验，得到改进后发动机的外特性曲线，并将试验结果与原机以及仿真结果进行对比分析。得出了Atkinson循环发动机的相关特性，同时也证明了数值模拟的准确性。