近年来，迫于汽车保有量剧增和节能减排的双重压力，内燃机研究者为开发低油耗、低排放发动机做了大量的研究工作。缸内直喷汽油机以其兼备柴油机低油耗和汽油机高输出功率的巨大优势成为研究热点。为进一步优化直喷机的性能，国内外借助试验和仿真手段开展了大量研究工作。随着计算流体力学在汽车领域的快速发展和广泛应用，数值模拟已成为内燃机开发不可或缺的手段，其在汽车外形设计、气道和缸内流场研究、混合气形成和燃烧优化等领域的应用得到了市场认可。
本文借助STAR-CD软件，建立了某款四缸均质缸内直喷汽油机的三维动网格以及混合气形成的计算模型，并对其进行了瞬态模拟分析。分析了低转速工况下缸内滚流的形成、发展和持续过程，针对原机滚流和湍流强度较弱的问题，借鉴大尺度滚流形成的原理，自主设计了高滚流进气道；在标定了喷雾模型后，分析了滚流比和不同喷油定时对混合气形成过程的影响。
流动仿真结果表明，高滚流气道实现了提高滚流比的预想；使进气行程的滚流比峰值提高了1倍，压缩行程滚流比峰值提高了84%；使点火时刻平均湍动能提高了64%。燃油喷射引起的气流对缸内流场影响很大，特别是对原机来说，喷油的强干扰作用使得大尺度滚流孕育失败，导致点火时刻混合气分布严重不均，相当量的燃油都集中在排气门侧；而高滚流气道方案保留了大尺度滚流，在滚流的“带动”下，油气混合效果显著提高，点火时刻燃油浓度梯度明显降低。对比分析不同喷油定时（SOI390、SOI420、SOI450和SOI480，其中SOI390代表喷油开始时刻为390ºCA，依次类推）对高滚流气道发动机的缸内流场和混合气形成过程的影响。结果表明，　420ºCA以前喷油点火时刻缸内燃油浓度均匀性较好，但缸内流场强度相对较弱，而420ºCA以后喷油缸内流场强度较强，但点火时刻油气混合效果较差。综合比较，SOI420缸内混合气均匀性较好,且很好地避免了SOI390由于过早喷油造成的严重“湿壁”现象。
本文针对某款GDI均质直喷机所做的流场和油气混合的模拟研究具有一定的工程应用价值。特别是自主设计的高滚流气道对缸内流场和混合气形成和分布的改善作用，为该款发动机的进一步优化设计提供了参考。