在能源低碳化转型以实现“碳达峰、碳中和”目标的前提下,寻找与开发新型汽车替代燃料是内燃机工业可持续发展的必然。氢气,由于清洁可再生、燃烧零碳排放、多样化的制取途径等诸多特点,被认为是发展前景较为广阔的替代燃料。然而,在进气道喷射内燃机上应用氢燃料时,如若运转参数及结构参数调整不当,将致使氢内燃机燃烧及排放性能下降,甚至引起回火、早燃等异常燃烧现象,影响氢内燃机的正常运转。因此,需要不断对氢内燃机的参数进行优化,以匹配氢内燃机在变工况条件下的最佳性能。本文采用Solidworks软件对嘉陵JH600进气道喷射式汽油机改装而成的氢内燃机实体建模,经过对比验证后,基于试验设计结合多种群遗传算法在AVL-FIRE软件平台上对氢内燃机的喷氢时刻与点火时刻进行综合优化。首先,制定了全试验设计方案,在不同工况下,从单路、双路对称、双路分截面喷射方式中选取了较优的喷射方式后,系统研究了喷氢时刻与点火时刻对氢内燃机性能及异常燃烧的影响,进而分别确定了两者的寻优区间。其次,在寻优区间内运用均匀试验设计方案,通过回归分析得到了不同工况下氢内燃机动力性、经济性及排放性的回归方程,然后,运用层次分析法对不同性能指标做出了权重分析,进而构建氢内燃机的综合优化模型。在此基础上,基于MPGA对氢内燃机的综合优化模型进行求解分析,最终,绘制出了氢内燃机的最佳喷氢时刻与最佳点火时刻MAP图。研究结果表明,1000rpm转速时,采用双路分截面喷射方式可以更好的缓解氢内燃机的进气道堵塞,而3000rpm及6000rpm转速下,采用单路喷射方式即可使得氢气顺利流入气缸。同时,喷氢时刻与点火时刻对氢内燃机燃烧特性的影响是非线性单调的,改变喷氢时刻,虽然提升了氢内燃机的指示功率、指示热效率,但也增加了NO排放,推迟点火可有效降低NO排放。而从降低废气温度以抑制氢内燃机回火的角度分析,在较易发生回火的3000rpm与6000rpm转速时的高负荷下,应适当的提前喷氢及提前点火。此外,与遗传算法相比,运用多种群遗传算法求解氢内燃机优化模型时,在进化第10代时就可找到最优解,50代时多次搜索结果完全一致,寻优速度更快,收敛稳定性更佳。最后对最佳喷氢时刻及最佳点火时刻的分析得到,随着转速由低增至高,最佳喷氢时刻提前且变化率增大,最佳点火时刻也提前,但变化率减小;而随着负荷由低增至高,最佳喷氢时刻提前且变化率也增大,最佳点火时刻推迟且变化率依然减小。