缸内直喷技术通过高效的控制喷油策略,能降低未燃碳氢的排放以及增加燃油经济性和动力性,成为了现阶段的研究热点。随着缸内直喷发动机压缩比的增加,带来了一系列的问题,最主要的有发动机的不正常燃烧—爆震燃烧。在众多抑制爆震的措施中,喷水（Water Injection）能有效的抑制爆震,而且喷水的原理比较简单,一方面水由于其比较大的潜热,对燃烧室混合气的温度能起到较好的冷却作用,因此能有效的抑制爆震的产生,另一方面水参与了燃烧过程的一系列化学反应,因此研究水在燃烧过程中的化学反应方面的影响非常重要。为了研究水在发动机燃烧中的物理化学作用,本文以本课题组建立的四元汽油替代混合物TRF/二异丁烯为基础,首先通过不同燃料的着火延迟验证和HCCI发动机验证其准确性,结果表明其和实验结果具有很好的一致性,采用数值模拟分析了缸内平均温度、热释放率和燃烧过程中重要产物CH₂O、OH以及H₂O随曲轴转角的变化情况,缸内平均温度,热释放率,热释放率,CH₂O的摩尔分数随着水蒸气比例的增加峰值逐渐降低并且产生峰值的时间逐渐后移,在峰值产生之后被消耗的趋势大致一致,有抑制末端混合气自燃的趋势。通过温度敏感性分析得出了影响OH、CH₂O和水的生成速率较大的反应,水的添加抑制了R156:H₂O₂分解为OH的进行。促进了R141第一阶段的反应,生成H₂O速率最大的反应始终为R119,消耗H₂O的主要化学反应R141。接着本文通过Converge软件建立了发动机三维模型,通过发动机缸内平均压力和发动机缸内平均温度实验数据和模拟数据的对比验证了网格无关性,选择了网格的基本尺寸。然后本文将经过验证的TRF/二异丁烯四元反应机理和经过验证的三维模型耦合,模拟进气道水蒸气比例1.5%发动机缸内燃烧和排放过程,未预混水条件下在-10°CA时,左侧下分CH₂O高浓度区域逐渐消耗,此时发生了末端混合气自燃现象,而水蒸气比例1.5%没有。-6°CA时未预混水条件下右侧上部出现了CH₂O的大量消耗,说明此时其发生自燃。未预混水条件下缸内主燃烧阶段出现的更早,燃烧阶段结束的也更早。未含水蒸气到水蒸气比例1.5%两者CO排放性相近。-8°CA,前者在右侧上部的末端混合气自燃的现象更早更明显。水蒸气比例1.5%条件下NO_X排放性更佳。最后模拟未喷水和不同喷水比例以及不同喷水时刻下发动机缸内燃烧和排放过程。未喷水和喷水比例1.5%以及2.5%缸内平均压力比较,缸内平均压力随着喷水比例的增加峰值逐渐降低并且峰值产生的时刻后移。喷水比例0.5%和喷水比例1.5%时比较,峰值产生的时刻后移。喷水比例2.5%在抑制末端混合气自燃的作用上更佳,喷水比例2.5%的CO排放更多,未喷水条件下的NO_X排放更多。喷水时刻从-130°CA到-70°CA,缸内平均压力和平均温度的峰值降低,并且缸内平均压力和平均温度峰值产生的时刻后移。发动机运行到5°CA时,喷水时刻为-130°CA和-100°CA下边缘均出现了局部温度较高的中心,此时喷水时刻为130°CA和-100°CA末端混合气自燃的趋势更大,随着喷水时刻的延后,热释放率峰值时刻延后,喷水时刻为-70°CA短时间内能释放更多的热量,未喷水CH₂O生成最早,喷水时刻-70°CA最晚。NO_X排放喷水时刻-100°CA和喷水时刻-70°CA更佳。