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当今汽车工业正处于能源多样化、动力多元化、技术体系多元化的混沌期。纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车异军突起,作为传统汽车动力源的内燃机,虽然占据着汽车能源绝对主导地位,但是来自能源、环境和交通方面的挑战与日俱增,史上最严苛的国六排放法规要求汽车发动机必须更加高效清洁。传统汽油机在中小负荷下燃烧效率低、燃烧过程循环波动率大,尤其是CO、HC排放难以控制。本文希望通过大的内部EGR率耦合缸内掺氢实现汽油机负荷调节,提升中小负荷下发动机的动力性和燃烧稳定性,同时降低CO、HC、NOx排放。本文首先通过d SPACE工具进行发动机控制系统开发,主要包括DVVT控制系统原理解析、DVVT控制系统硬件设计、DVVT系统Simulink建模、模型在环测试、Control Desk NG实验标定。随后采用GT-Power软件建立发动机一维仿真模型,根据基础实验数据完成模型校核,利用软件中DOE(Design Of Experiment)模块寻找中小负荷下不同的IVO、EVC时刻与内部EGR率的映射关系。最后在台架实验中完成PFI(Port Fuel Injection)、PFI+GDI(Port Fuel Injection+Gasoline Direct Injection)、PFI+HDI(Port Fuel Injection+Hydrogen Direct Injection)三种模式下不同内部EGR率对汽油机燃烧特性、动力性和排放特性的影响规律研究,结论如下:(1)在节气门开度为7%时,当内部EGR率介于区间14%~47%时,随着内部EGR率增加,最大缸内压力、最大放热率、缸内最高温度均减小,燃烧“重心”逐渐推迟,燃烧持续期延长,IMEPn、FMEP绝对值、发动机净扭矩均增加,Co VIMEP增加。CO排放先减小后增大,HC排放逐渐增加,NOx排放逐渐减少。PFI模式下大的内部EGR率造成严重的缸内不完全燃烧和失火问题,PFI+GDI模式对失火现象有所改善,而PFI+HDI模式下燃烧速度明显加快,37%的内部EGR率耦合掺氢相对原机IMEPn提高20%,其中泵气平均压力贡献度为7.5%,发动机净扭矩最大提升30.5%,Co VIMEP从1.3%下降到0.69%,CO排放降低66%,HC排放降低12%,NOx排放降低85%。(2)在节气门开度为11%时,当内部EGR率介于区间7%~28%时,随着内部EGR率的增加,在PFI和PFI+GDI模式下变化规律与较小负荷下缸内燃烧特性的变化趋势相同,但是在PFI+HDI模式下,最大缸内压力和缸内最高温度随着内部EGR率的增加逐渐增大,最大放热率逐渐减小,燃烧“重心”和燃烧持续期推迟2oCA以内。IMEPn、FMEP绝对值、发动机净扭矩随着内部EGR率的增加而增加,Co VIMEP减小,CO排放先减小后保持不变,HC和NOx排放逐渐减少。PFI模式下不同的内部EGR率燃烧稳定,燃烧较为充分,PFI+GDI模式与PFI模式燃烧速度相当,而PFI+HDI模式下燃烧速度加快,28%的内部EGR率耦合掺氢相对原机IMEPn提高8.5%,其中泵气平均压力贡献度为3%,发动机净扭矩提升11%,发动机Co VIMEP从1.07%下降到0.75%,CO排放降低22%,HC排放降低34%,NOx排放降低37%。内部EGR率继续增大时,趋势会发生变化,本文只研究了变化不大或变好的内部EGR率。(3)随着内部EGR率增加,最佳点火提前角MBT增大,缸内掺氢后MBT明显减小。发动机负荷越大,最佳点火提前角MBT越小。节气门开度为11%时较大的内部EGR率配合最佳点火提前角发动机动力性和排放性优于小的内部EGR率,掺氢可以进一步扩大动力性、稳定性和排放特性最优的点火区间。而节气门开度为7%时较大内部EGR率下燃烧循环波动率较大,掺氢可以提升着火稳定性,提升发动机燃烧稳定性,但最优点火区域会小于较大负荷。部分负荷下采用内部EGR耦合缸内掺氢和最佳点火提前角发动机动力性、经济型、排放特性均优于常规燃烧模式的发动机。