节能、减排已经成为了内燃机发展的必然趋势。氢气是点燃式内燃机最为理想的代用燃料之一。然而纯氢内燃机往往容易出现早燃、回火、功率下降及NOx排放升高等问题。相比之下，向内燃机进气中掺入少量氢气，通过改变氢气与传统化石燃料的比例来适应内燃机不同工况对燃料的需求则可以在一定程度上解决纯氢及传统燃料内燃机所存在的燃料单一与内燃机工况复杂、多变之间的矛盾。本文通过理论分析和试验就掺氢对汽油机不同工况下燃烧与排放特性的影响进行了研究。首先基于点燃式内燃机理论热力学循环分析了进气掺氢体积分数对汽油机热效率、平均指示压力及缸压等参数的影响。研究结果表明，在相同内燃机转速及负荷条件下，理论热效率随进气掺氢体积分数的增加而提高。然而，由于氢气的体积比能量密度低且理论空燃比高，所以进气掺氢后，内燃机平均指示压力降低。此外，给出了掺氢汽油机韦伯方程中形状参数和效率参数的标定结果，并根据韦伯方程就掺氢对汽油机燃烧过程的影响进行了分析和理论计算。计算结果表明，随进气掺氢体积分数的增加，缸内燃料放热速度、峰值缸压及定容燃烧度均明显提高。提出了掺氢汽油机火焰速度的计算方法，并利用该方法就掺氢对内燃机缸内火焰速度的影响进行了分析。计算结果表明，进气掺氢有利于提高缸内燃料的火焰速度并能减轻后燃。根据理论分析结果，提出了掺氢点燃式内燃机的“燃料与工况协同控制策略”，即：在冷起动及暖机工况采用纯氢燃料；在怠速及小负荷工况采用氢气和高辛烷值燃料的混合燃料；在高速、大负荷工况采用纯高辛烷值燃料。通过内燃机台架实验，研究了全工况下掺氢对汽油机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明，采用掺氢方式起动内燃机可以有效减少冷起动过程中产生的CO及HC排放。此外，在怠速及部分负荷条件下，进气掺氢均有利于提高汽油机指示热效率、缩短火焰发展期及快速燃烧持续期、降低循环变动并拓展内燃机的稀燃极限。在转速为1400r/min，进气道绝对压力为61.5kPa，点火角为上止点前22°曲轴转角的条件下，当进气掺氢体积分数由0增加至1%，3%和4.5%时，汽油机稀燃极限所对应的过量空气系数由1.45被逐渐拓宽至1.55、1.97与2.55。研究了过量空气系数、点火角、负荷及停缸对掺氢汽油机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明，适当提高混合气过量空气系数有利于提高掺氢汽油机的热效率并减少HC、CO及NOx排放的产生。进行了停缸及掺氢对汽油机怠速及小负荷工况性能影响的研究。结果表明，在怠速及小负荷条件下，停缸及掺氢后汽油机热效率明显提高，传热损失降低且有害排放减少，并发现在怠速工况下，进气掺氢并结合停缸策略可以使汽油机获得最佳的怠速经济性。汽油机怠速时燃料总能量流量由原机的27.28MJ/h降低至两缸停止燃烧和做功且进气掺氢体积分数为6.63%时的16.35MJ/h，降低约40.1%。此外，研究结果还表明，在小负荷及稀燃条件下，进气掺氢对改善汽油机燃烧与排放特性的效果更为明显。针对利用车载制氢机电解水制氢时同时产生氢气和氧气的特点，对比研究了掺入氢气、氧气混合气对汽油机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明，稀燃条件下，掺入相同进气体积分数的标准氢氧气较纯氢气更有利于提高汽油机热效率并减少HC及CO排放。提高氢氧气中氢气所占的体积分数更有利于减少汽油机颗粒物排放。研制了掺氢汽油机伊兰特轿车，提出了车载电解水制氢策略，通过发电机余电来驱动车载制氢机电解水制氢，实现了氢气的随车制取及少量存储。在底盘测功机上根据GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》，对掺氢汽油机轿车的排放特性及油耗进行了测试和分析。研究结果表明，工况法试验条件下，根据“燃料与工况协同控制策略”所控制的掺氢汽油机轿车整车总HC和CO排放可分别较原汽油机轿车降低约64.1%和62.1%，且经济性得到提高。