面对能源危机和环境污染两大世纪难题以及越来越严格的排放法规,对缸内常规燃烧技术的研究已经不能满足广大研究学者的需求,国际上发动机燃烧过程的组织结构正在发生革命性的变革,发动机燃烧技术正向高密度、高稀释和超高压等极端条件方向发展。本文以一台缸内直喷汽油机为原型建立了天然气发动机模型,通过仿真计算分析,研究了高密度高稀气条件下各点火参数对天然气燃烧和排放的影响规律,优化极端条件下点火系统,以实现高效稳定燃烧,达到高动力性、高经济性和低排放、低排气温度的目标。首先,利用样机的实验数据对燃烧模型进行有效性验证;其次,研究了不同点火方式、双火花塞位置、点火正时、点火能量对高密度高稀气条件下天然气发动机燃烧排放影响。结果表明:采用双火花塞点火与单花塞点火相比,可以缩短火焰传播距离,提高火焰传播速率,提高发动机的热效率,但是需要配合合适的点火正时,以达到更好的效果。在研究双火花塞位置的影响时发现当A=2/3时,燃烧速度最快,燃烧持续期最短。双火花塞距离过小或过大,都会降低发动机的燃烧速度,增加燃烧持续期,导致经济性变差,污染物排放增多。在不同的工况下,均存在最佳点火正时,其中当量比为0.6时,最佳点火正时为695°CA,当量比为0.55时,最佳点火正时为685°CA,研究表明通过优化点火正时可以弥补高稀气条件下造成的动力性不足。最后,对点火能量研究表明,增大点火能量可以促进火核生成,缩短火焰发展期,但点火能量增加到一定值后,继续增大点火能量,对发动机性能的改善不大。在高密度高稀气条件下当量比为0.6时,最小点火能量为45mJ,当量比为0.55时,最小点火能量为35mJ。因此通过优化点火系统,可以实现在高稀气条件下已更低的点火能量实现更高效的燃烧。