巨大的市场需求和严峻的能源形势对我国汽车行业发展、石油价格稳定、石油安全、排放控制等问题提出了巨大挑战。Otto循环发动机由于其大负荷爆震燃烧,限制了压缩比的提高;部分负荷工况,汽油机通过节气门控制负荷,进气节流严重,节气门部分开启时进气歧管内形成负压,对进气行程活塞下行造成阻力。而Atkinson循环汽油机具有更高膨胀比,利用进气门晚关进行负荷调节,具有更高热效率及更低的燃油消耗。同时,将Atkinson循环汽油机与外部EGR技术相结合,能进一步提高热效率,降低NO_X排放。因此,研究发动机Atkinson循环与EGR技术相结合的协同应用工况具有重要的现实意义。本文基于数值模拟模型实现小排量Otto循环发动改进设计,使其获得满足Atkinson循环汽油机的凸轮型线,在利用GT-POWER构建出发动机一维仿真模型的基础上,对改进为Atkinson循环汽油机所需关键参数影响规律进行研究和仿真优化。通过仿真模拟对关键参数优选匹配,得出在2000r/min的Atkinson循环2bar平均有效压力工况点,泵气损失降幅为19.9%;指示热效率由原机的27%提高至30.47%,有效燃油消耗率降幅达10.8%。发动机外特性在保证动力性的同时,油耗改善率最高可达5.9%。通过建立Atkinson循环汽油机的燃烧数值模拟模型,应用CONVERGE对部分负荷工况下Atkinson循环汽油机缸内流场进行模拟分析发现,气缸内部在进气初期的气体流动强于原机,随着活塞运行到下止点,气缸内气体流动相比于原机开始出现减弱现象,到压缩行程缸内气体流速较原机明显减弱,且湍动能较原机低25%。在Atkinson循环汽油机的一维仿真模型的基础上,结合外部冷却EGR技术,汽油机的泵气损失进一步减少12%,指示热效率提高3%,有效燃油消耗率降幅为0.6%,NO_X排放量降幅为3.7%。并利用CONVERGE对缸内温度场进行微观分析,进一步验证宏观仿真结果。本文为小排量汽油机采用Atkinson循环结合EGR技术的应用研究奠定了理论基础。