在全球能源危机与环境污染问题的压力下,能效高、污染少的汽车动力系统正在成为国际汽车业的主流研发方向。增加进入发动机燃烧室的氧气量,是强化燃烧、提高发动机动力性能和经济性能的关键。目前增加进入发动机气缸中氧气量的方法主要有增压和进气富氧两种。与增压的方法相比,富氧燃烧可以使发动机在总的进气量变化不大的情况下,提高其动态响应性能,且其应用成本较低。随着发动机废气余热发电、车身太阳能电池及刹车/减速能量回收等汽车新技术地不断发展与完善,未来的汽车将产生大量剩余电能。利用这些电能基于燃料电池逆反应,即可获得氢气和氧气。供给发动机进气系统即可实现富氧掺氢燃烧。本文以改善发动机燃烧过程、降低其排放为目标,采用数值模拟的方法,针对汽油机进气富氧、进气富氧加EGR和进气富氧掺氢加EGR的燃烧特性和排放特性,及O2与EGR、O2与H2与EGR的最佳配比等问题,主要做了以下研究工作:第一,对发动机进行拆解、测量和光栅扫描,利用Catia软件建立发动机的三维几何模型。基于此几何模型,利用CFD软件Converge建立发动机的仿真模型;第二,在2000r/min全负荷的工况下,研究进气富氧燃烧对发动机燃烧特性和排放特性的影响,并对富氧后发动机的点火提前角进行优化。研究结果表明,进气富氧燃烧可以提高发动机的动力性,降低HC和CO的排放,但会增加发动机的热负荷和机械负荷,还会使发动机NOX排放增加;点火提前角优化后,发动机燃烧特性和排放特性得到改善,且进气氧含量每增加1%,最佳点火提前角推迟1.5°CA;第三,在2000r/min全负荷的工况下,研究进气富氧加EGR对发动机燃烧特性和排放特性的影响,确定O2与EGR的最佳配比,并对此时的点火提前角进行优化。研究结果表明,采用EGR技术可以降低发动机的热负荷和机械负荷,使发动机NOX排放减少,但会增加HC和CO的排放,还会降低发动机的动力性;过量的EGR则会使发动机燃烧恶化;27.3%的O2与20%的EGR是两者的最佳配比,此时的最佳点火提前角是23.4°CA BTDC。第四,在2000r/min全负荷的工况下,当进气氧含量与EGR率为最佳配比时,研究进气富氢对发动机燃烧特性和排放特性的影响,确定最佳的富氢量,并对此时的点火提前角进行优化。研究结果表明,与不加氢相比,在发动机进气富氧加EGR的基础上再引入氢气,能够促进缸内燃烧,降低HC和CO的排放,但是会导致NOX排放增加;还会导致发动机指示功率和指示热效率下降。加氢后,发动机在进气氢含量为0.4%(以质量分数计)时,其指示功率和指示热效率达到最大值。27.3%的O2,20%的EGR,0.4%的H2是进气富氧掺氢加EGR的最佳配比,此时其最佳点火提前角为23.4°CA BTDC。本文利用光学手段建立了较为准确的发动机模型。基于此模型,除了研究常规的发动机富氧燃烧、发动机富氧加EGR燃烧外,还对发动机同时富氧富氢加EGR的燃烧进行了研究。并通过研究为使用氢氧助燃技术的车辆提供了以下操作选择。在行驶过程遇到超车等类似情况时,可以通过短时间的大比例富氧来提高发动机的瞬时动力性;当车辆长时间行驶时,可以牺牲一部分动力性,采用富氧加EGR或者富氧掺氢加EGR的方式行驶,以获得较好的经济性能和排放性能。