随着船舶工业的飞速发展和排放法规的愈加严格,各国都在积极寻找发动机替代燃料。天然气热值高,储量较丰富,而且使用天然气的发动机排放污染小,所以成为发动机的理想替代燃料。选择合理的控制参数及结构参数,对天然气发动机动力性及经济性的提升具有重要作用。本文通过理论分析,试验研究和仿真模拟相结合的手段,对某型号天然气发动机进行研究。在企业的试验平台上进行了天然气发动机的性能试验,测试了全负荷工况时,天然气发动机的性能参数,即扭矩、功率、燃气消耗率、缸内压力等,随发动机转速的变化规律,并将天然气发动机的性能参数与柴油机进行对比。结果表明,天然气发动机的动力性指标较柴油机降低了,燃气消耗率及平均排气温度较柴油机有所升高。基于天然气发动机各项结构参数及控制参数,本文运用GT-Power性能仿真软件建立了8缸天然气发动机模型。在该模型的基础上,根据天然气燃料的理化性质,研究了压缩比、点火提前角、进气系统结构及配气正时对发动机性能的影响。模拟计算了不同负荷时,压缩比对发动机动力性、经济性及缸内燃烧的影响,分析了压缩比对发动机功率、扭矩、燃气消耗率、缸内燃烧压力及最大压力升高率的影响。结果表明,在压缩比为12.5时,发动机扭矩及功率得到提升,燃气消耗率及排气温度有所下降。模拟计算了不同负荷时,点火提前角对发动机动力性、经济性及缸内燃烧状况的影响,结果表明,点火提前角在18~20°CA时,发动机功率有所提升,燃气消耗率和排气温度有所下降。模拟计算了进气总管、进气支管结构参数对发动机性能的影响,分析了充气效率、缸内燃烧压力、扭矩及燃气消耗率随进气管结构参数的变化规律。计算结果表明,改进后的进气管结构参数,对提升发动机充气效率比较有利。模拟计算了三种典型转速下,配气相位对发动机性能的影响,分析了进气迟闭角对充气效率的影响,排气提前角对泵气损失的影响。结果表明,适当减小进气迟闭角能够提升充气效率,适当减小排气提前角,能够降低泵气损失,为废气的扫除和新鲜混合气的进入创造条件,从而改善原机的动力性及经济性。