煤层气发动机在运行过程中经常因为煤层气浓度、压力、温度等参数变化以及煤层气发动机工况的改变而引起空燃比波动，造成发动机运行不稳定、甚至熄火。因此，开展煤层气发动机空燃比控制关键技术研究，对保障发动机稳定运行，提高煤层气的利用效率，降低煤层气排放造成的污染程度，以及推进节能减排工作具有重大的现实意义和实际应用价值。　　本文首先针对煤层气参数及煤层气发动机工况变化所引起的空燃比波动问题，对煤层气发动机燃气混合器进行了结构优化设计。优化过程中根据流体力学原理建立了混合器煤层气阀模型，并对其流量特性进行了研究分析，同时采用分段线性建模方法设计了具有准线性流量特性的燃气混合器煤层气阀。提高了空燃比控制响应速度，确保了空燃比控制的准确性和实时性。　　其次，在借鉴现有燃油发动机平均值模型的基础上，结合所研究的预混式煤层气发动机结构特点，建立了包括燃气形成子系统、进气子系统和曲轴动力输出子系统三个部分的预混式煤层气发动机平均值模型，并利用Simulink软件建立了仿真模型，为后续煤层气发动机空燃比控制策略的仿真研究奠定了坚实基础。　　再次，为减小煤层气中甲烷浓度变化及供气管道甲烷浓度传感器存在的大时滞问题对空燃比控制产生的不利影响，提出了一种合理的煤层气发动机供气系统流量控制方案。通过供气管道合理设计和布置，减小了甲烷传感器大时滞造成的不利影响。在此基础上建立了煤层气供气系统流量控制模型，并对基于增量式PID和模糊PID的煤层气供气系统流量控制策略进行了研究和仿真。一定程度上抑制了煤层气组分变化对空燃比控制造成的影响，为煤层气发动机的稳定运行奠定了基础。　　最后，在分析煤层气发动机空燃比控制特点的基础上，针对发动机工况变化导致的空燃比波动问题，提出了一种适合预混式煤层气发动机的空燃比分工况差别控制方案。根据该控制方案分别对基于增量式PID控制和模糊PID控制的煤层气发动机过渡工况及稳定工况的空燃比控制策略进行了研究，并利用所建煤层气发动机模型对其空燃比控制过程进行了仿真研究，取得了良好的控制效果。