随着汽车排放控制技术的进步与应用以及满足国家对汽车尾气排放标准的严格要求，需要对内燃机的燃烧过程进行改善和优化控制，以便能更好的提升发动机的动力性、燃油经济性、排放性能和使用寿命等相关性能指标。而现领域大多采用增压技术通过提高进气量的方法来增加进气中氧气含量，提高发动机的动力性能，但易导致能源浪费和环境污染，不能从根本上改善发动机的整体性能。而富氧进气燃烧技术作为一项非常有潜力的燃烧优化措施，能有效的提高发动机的整体性能。本文首先概括的阐述富氧燃烧在内燃机（汽油机）燃烧学依据，介绍了国内外关于富氧技术应用在内燃机的发展现状；介绍了GT POWER软件在发动机的仿真建模应用原理和建模步骤以及其模拟仿真计算流程；选择发动机的燃烧模型、传热模型，列出缸内的工作过程的基本方程。然后运用GT POWER软件对汽油机整体仿真建模。在建立模型过程中，确定了合适的几何模型参数，并选择合理的流动、传热、以及燃烧模型。然后在GT POST后处理中进行仿真计算，并对仿真结果进行分析。在化学计量空燃比下，分析研究了不同富氧进气浓度（22%，24%，26%，28%）对汽油机的缸内温度、压力、功率、扭矩以及排放等汽油机基本性能指标的影响。然后，主要探究了在不同富氧进气浓度条件下，发动机随其转速变化、进气压力变化、进气温度变化、压缩比变化等对其整体性能所造成的影响。最后，介绍了膜法富氧技术的工作原理，并根据膜法原理为内燃机设计了膜法富氧叶片泵，以及对膜法富氧系统装置进行了设计，以及在内燃机的应用，并对膜法富氧系统装置与内燃机的匹配和控制策略进行了研究。