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日益严峻的能源和环境问题是汽车工业发展所面临的严重挑战。汽油机的有害排放物中，控制NOX排放非常重要。现有技术条件下，既可以大量降低NOX排放，又能节省部分负荷燃油消耗的较成熟技术是废气再循环（EGR）。传统进气总管EGR的最大EGR率受到燃烧循环变动的限制，在大EGR率下，油耗上升，严重时会导致CO和HC排放大量增加。分层EGR可以减少缸内燃烧的循环变动，增加EGR率，在进一步降低NOX排放的同时，可以减小部分负荷下的泵吸损失，提高燃油利用率。因而，分层EGR是目前进一步降低NOx排放的重要发展方向。本论文围绕分层EGR技术，主要研究废气如何分层、分层形式及分层后对混合气形成和燃烧过程以及对发动机性能的影响。针对可以产生较强滚流运动的四气门产品汽油机，首次设计了一套特殊的EGR分层结构。用废气导入管将废气引到单侧进气门处，利用四气门汽油机的缸内气体滚流运动，实现废气与新鲜可燃混合气的分层。改变进气门处废气导入管的位置，可以实现不同的废气进气方式。试验结果表明，EGR进气方式对发动机性能有较大影响。部分负荷下，单侧进气EGR比传统进气EGR具有更高的经济性，油耗降低4.1%。在大幅度降低NOX排放的同时还可以使CO和HC排放随EGR率增加而减少。单侧进气方式在所有工况下的最大EGR率都大于传统进气EGR方式，最大EGR率可达43%。相同EGR率下，单侧进气方式的最大爆发压力大于传统进气EGR方式，而且单侧进气方式EGR不需要进行冷却。EGR采用单侧进气方式后应将点火适当提前。采用先进的激光测试技术和缸内气体运动可视化技术，对不同EGR进气方式缸内气体流动和废气浓度分布情况进行了研究。结果表明单侧进气EGR能够实现废气与可燃混合气的分层。该分层的规律是在进气行程初期废气分层现象明显，废气和新鲜混合气各在气缸一侧，并维持到接近点火时刻；到压缩行程后期废气和新鲜混合气逐渐混合，但总体上废气和新鲜混合气在气缸内是处于不均匀分布的。随着发动机转速升高，单侧进气EGR在缸内气体作用下形成滚流分层越明显。根据试验得到和光学发动机上观察到的结果及废气分层规律，建立了EGR单侧进气废气分层的物理模型。本研究立足于将来的实际应用，突破了传统EGR的进气模式，在大幅降低汽油机NOX排放的同时，进一步提高发动机燃油经济性，兼顾发动机的综合性能。所设计的分层EGR进气方式结构简单、工作可靠，为降低我国未来车用汽油机NOX排放提供一个新的解决途径。该研究不仅从理论上而且从应用前景上都具有十分重要的意义。