为了提升小型增压强化GDI汽油机的工作稳定性并抑制爆震等不正常燃烧现象,大负荷工况常采用推迟点火时刻、废气再循环和加浓混合气等方法,但是这些方法均会造成动力性或者经济性损失。发动机喷水技术具备降低排放,提升经济性和缓解爆震的能力,是未来极具潜力的发动机应用技术。本课题搭建了具备进气道喷水功能的GDI发动机台架,然后采用发动机台架试验和化学反应动力学软件数值模拟计算相结合的方法,对进气道喷水技术影响排放的物理作用和化学作用进行了分析,探索其在降低排放和提高发动机性能方面的潜力。通过改变喷水脉宽,研究了不同喷水量对发动机排放性能的影响。结果表明,随着喷水量的增加,缸内燃烧温度持续下降,NOX排放随之不断下降。由于水参与燃烧反应能够带来微爆效应并促进水煤气反应,这使得排气烟度和CO排放随喷水量的增加而下降,但是当喷水量增加过多时,缸内燃烧开始恶化,排气烟度开始升高。随喷水量的增加,缸内燃烧温度持续下降使得淬熄层加厚,造成了HC排放的不断增加。喷水使得缸内燃烧滞后,但少量的喷水可以促进油气混合,因此随喷水量的增加,BMEP持续下降,BSFC先降低而后升高。通过调节水泵供水压力,研究了不同喷水压力对发动机排放性能的影响。结果表明,喷水压力增大能够增强水分与缸内充量的混合,降温作用更为明显,同时微爆效应增强,水煤气反应得到进一步促进,因此喷水压力增大可以使NOX排放,排气烟度和CO排放进一步降低,另外HC排放亦略有改善。为了避免单一进行进气道喷水后造成发动机过多的动力性和经济性损失,在进行喷水后,采用了继续前推点火角直至对应喷水工况下的爆燃边界和增大混合气加浓工况空燃比的优化策略对喷水工况进行了优化。喷水优化后,发动机的经济性得到较大的改善,且动力性损失保持在一个较小的范围之内,同时基础排放物以及微粒排放均能够得到较好的控制。通过化学反应动力学数值模拟和相关性分析得知,H,O,OH,HO2,H2和H2O2六种自由基与NOX生成均存在较为紧密的联系,其中O和OH两种自由基对NOX的生成速率影响最为明显。掺水燃烧后,水作为反应物参与燃烧降低了各自由基的反应速率和生成数量,影响NOX的生成速率,从而通过抑制化学反应的方法减少了NOX的生成。