自上世纪末缸内直喷式汽油机投放市场以来受到广泛青睐,它表现出比进气道喷射汽油机更优越的性能。通过燃料直接投放进气缸可实现不同负荷下油量瞬态控制,并通过调节喷油时刻与可变气门正时技术精准控制发动机每一循环。富氧燃烧技术可提高发动机燃烧性能和排放性能,提高燃料利用率。在数值模拟方法的帮助下研究人员可以深入和直观的了解到汽油机工作过程并从根本原因上控制其规律,进而提出对于缸内直喷汽油机富氧燃烧方面的改进策略,也为试验提供了方向性参考。本文用KIVA3在Fortran编译器下分别采用平均雷诺数(RANS)方法和大涡模拟(LES)方法对燃油喷雾进行数值模拟研究并分析两种方法计算结果以及喷雾对网格的敏感度,而后对四阀四冲程直喷汽油机的完整工作循环进行不同喷油量和不同氧含量进气条件下的三维数值模拟,分析了进气及压缩冲程流场特性和喷雾过程,混合气形成以及燃烧过程,保持氧燃当量比前提下改变进气中氧气百分比的燃烧性能和排放性能。研究结果表明,虽然RANS和LES方法在揭示缸内总体燃烧特性上没有太大的区别,但是对于流场运动以及燃油当量比分布等方面LES显示出优势。两种方法都具有对计算网格较好的独立性,其中LES更加优越。本研究富氧燃烧算例的结果表明富氧进气的确有利于提高发动机功率以及燃烧效率,在排放性能方面在富氧值在较低水平情况时表现较好,而富氧浓度较高是排放性能恶化。本文所做的数值模拟工作具有一定的应用价值,研究结论在一定程度上能够指导试验方向避免无谓的损失,对于模拟结果的叙述对于人们更深入的理解往复式内燃机的工作过程和规律,进一步来讲能够为其他研究人员提供优化方案的参考。