内燃机排放对环境的影响愈演愈烈,减少排放势在必行。氢气作为一种很有前途的能源,凭借其优良的理化特性在内燃机中将占据重要角色。纯氢内燃机主要存在动力性不足和储存困难的问题,还需要更多时间发展。相比而言,以汽油燃料为主,通过在传统缸内直喷汽油机中添加氢气,改变掺氢能量比例可以有效利用氢燃料的优点改善纯油燃料带来的一些问题。考虑到车辆常用转速在中低转速;且通过汽油的稀燃极限范围确定了负荷区间为中高负荷。综上,本文通过数值模拟方式探究了在中低转速与中高负荷下,不同掺氢能量比对缸内直喷汽油机燃烧和排放的影响。本文的主要工作是:首先根据实测的发动机结构参数,运用Solid Works建立了发动机三维模型;然后通过AVL-FIRE进行仿真计算;最后,通过对比分析掺氢后与掺氢前的动力性、经济性、排放性差异来总结掺氢对缸内直喷汽油机的影响。同时通过对动力性、经济性、排放性的综合分析评价为中低转速、中高负荷下的掺氢策略提供理论指导。本文采用氢气在进气道内喷射,汽油在缸内直喷。在相同负荷下固定总能量,随着掺氢能量比的增加,汽油能量将随之减少。研究结果表明:相比于原机而言,在相同转速、同一负荷下,当掺氢能量比逐渐增加时,高低热值燃料的引入使缸温缸压升高明显,缸内最高温度和最高压力值先增大后减小。其中,大多数工况在10%掺氢能量比下达到缸内最高温度、最高压力的最大值。通过掺混氢气,缸内直喷汽油机的指示功率和指示热效率明显提升,发动机的动力性和经济性显著改善。同时,随着掺氢比例的增加,C原子含量减少,CO₂排放不断减少。虽然缸内最高温度和缸内最高压力先升高后降低,但整体温度变化不大,所以温度型NO_X排放变化不大。在CO排放比较稳定的情况下,整体排放也得到一定程度的改善。最后,采用无量纲化处理,对发动机的动力性、经济性、排放性线性加权。结果表明,相比于原机而言,掺氢后得到了综合性能更优的组合工况。同时,综合排放性能在大多数工况的改善也说明了掺氢带来的优异效果,这为整体优化的掺氢策略提供了一定的理论参考。