伴随着石油资源的消耗和由汽车引起的环境污染问题的加重,发展绿色低污染或者零污染电动产品迫在眉睫,而且政府和许多汽车制造商已经致力于各式各样电动汽车的研发。目前市场上主要的电动汽车类型为纯电动汽车(BEV),混合动力汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCEV)三种。基于传统奥拓循环自身的限制,市场为了满足混合动力汽车(HEV)的需求而倾向于采用阿特金森循环汽油机。阿特金森循环相对奥托循环在热效率等方面的经济性上表现出明显的优势。本篇文章通过联合理论计算,试验标定以及仿真分析的方式,针对原有的奥拓循环汽油机热效率低不适用于HEV的问题,在较小改动的基础上,改动相关零部件转化成阿特金森循环,并对改型后的发动机在台架上进行实验标定及其验证;为了解决在标定时耗费时间久且优化目标单一的问题,基于MODEFRONTIER与GT-Power耦合模型基础,采用响应曲面法对改型后的发动机性能进行多目标优化,以优化参数为引导,在阿特金森循环汽油机试验台架上对优化方案进行验证,论文主要工作和创新点如下:(1)首先利用专业一维发动机仿真模拟软件GT-POWER建立原机奥托循环的仿真计算模型,并通过实验数据进行模型标定,最终使两者的误差控制在工程应用要求范围内,使仿真模型能够在下一步的改型设计研究工作中提供有价值的预测依据。(2)提出了实现Atkinson循环的技术手段,计算了Atkinson循环发动机的几何参数,并将改动参数代入原机的计算模型中完成汽油机的改型。通过台架试验完成改型发动机的标定,对比改型前后发动机的性能并进行分析。(3)根据建立改型的发动机模型,为解决标定时间冗长以及多目标优化的问题,以进排气正时,点火提前角,空燃比,节气门开度为优化变量,以提高改型发动机的有效功率和降低燃油消耗率为目标进行了响应曲面的优化。(4)根据响应面上多目标优化后的寻优参数为指导,对改型后的Atkinson循环发动机进行试验台架验证。并将实验结果和耦合优化的数据参数进行对比分析,其结果表明提出的改型技术手段结合运用的优化方法能够有效的完成预期目标。