天然气作为一种清洁燃料已广泛的应用于汽车动力中,成为未来解决能源短缺与排放污染的一种有效途径。如何满足日益苛刻的排放法规,以及高效节能的趋势要求是我们要解决的一个重要课题,天然气发动机采用稀薄燃烧方式与合理的点火角将直接影响着其经济性、动力性和排放特性。本文针对一台点燃式天然气发动机进行了整机的工作过程数值模拟和缸内燃烧过程的三维数值模拟。研究了天然气发动机稀薄燃烧的工作特性和排放物生成,以及点火角对发动机性能的影响,得出天然气发动机燃烧、排放性能的相应规律。本文首先针对所研究的天然气发动机进行空燃比和点火提前角标定试验、总功率试验、十三工况排放测量试验,为数值模拟计算与分析的验证提供试验依据。然后建立天然气发动机的整机工作过程模拟计算模型,并根据发动机试验结果进行计算模型的验证。同时研究整机工作过程中点火提前角和压缩比对发动机动力性、经济性及排放性能的影响规律,以寻求最佳的参数组合。最后建立天然气发动机的缸内三维燃烧计算模型,研究发动机稀薄燃烧时的燃烧、排放生成特性,同时研究点火提前角和过量空气系数对发动机的影响规律,为以后的研究提出方向性的建议。研究表明,按理论空燃比工作意味着热负荷高,从而导致高的发动机零件热应力,影响耐久性。稀燃可使燃烧和排气温度保持在原发动机机可以接受的水平,不降低发动机零件的耐久性。天然气发动机稀薄燃烧时,缸内压力、温度、放热率峰值随点火提前角增大而提高;NOx和碳烟的排放较低。