面对日益严苛的汽车排放法规,替代燃料天然气在内燃机中的应用备受重视。柴油引燃天然气发动机具有压缩比高等特点,使其具备了进一步提升发动机有效热效率的空间。众所周知,柴油引燃天然气发动机燃烧过程存在压燃、引燃以及火焰传播的特点。缸内化学氛围不仅直接影响引燃柴油压燃和天然气火焰传播过程,而且通过引燃柴油燃烧间接影响天然气燃烧过程。目前,针对该影响机制研究与认识较为匮乏,为了更好的理解柴油引燃天然气发动机燃烧过程,本文拟探究引燃柴油燃烧特性对天然气燃烧过程的影响规律;分析缸内化学氛围对引燃柴油燃烧过程的影响规律;研究缸内化学氛围对天然气燃烧过程的影响规律;提出缸内化学氛围对柴油引燃天然气发动机燃烧过程的影响机制。研究成果可为柴油引燃天然气发动机及双燃料发动机的燃烧过程组织提供理论指导。在本研究中,搭建了试验测控平台及数值仿真平台。同时,缸内化学氛围分别选择了具有代表性的不可燃组份“单原子分子Ar”、“双原子分子N2”和“三原子分子CO2”,可燃组份“氧气”和“氢气”为研究对象。主要研究内容和结论如下:1)探究了引燃柴油燃烧特性对天然气燃烧过程的影响规律。此部分基于柴油引燃天然气发动机研究平台,针对1335r/min、375N.m工况点展开研究。研究表明,天然气着火时刻缸内引燃柴油空间分布对天然气燃烧质量起到了重要影响作用,即引燃柴油的空间分布决定了天然气的着火区域;通过调整喷油时刻,可实现引燃柴油空间分布宽范围可控,从而即可实现天然气在油束周围的多点引燃,也可实现缸内局部空间的区域引燃。2)分析了缸内化学氛围对引燃柴油燃烧过程的影响规律。此部分基于柴油引燃天然气发动机研究平台,针对1335r/min、375N.m工况点展开研究。研究表明,不可燃组份对引燃柴油燃烧过程的影响存在诱导及抑制作用,可燃组份中氧气和氢气对引燃柴油燃烧过程的影响规律是不同的,它们也决定了表征引燃能力的引燃空间范围的变化规律;引入Ar后,引燃柴油燃烧相位呈前移趋势,引燃空间范围呈变小趋势;引入N2或CO2使引燃柴油燃烧过程变缓,引燃空间范围变化不大;随着氧浓度减小,燃烧相位呈推迟趋势,引燃空间范围呈变大趋势;氢气对引燃柴油燃烧过程影响较小,同时对引燃空间范围变化影响不大。3)研究了缸内化学氛围对天然气燃烧过程的影响规律。缸内化学氛围对天然气燃烧化学反应的直接影响表现为天然气火焰传播速度快慢变化,因此,此部分基于单一点火源的点燃式天然气发动机研究平台,针对1450r/min工况点展开研究。研究表明,不可燃组份对天然气燃烧过程的影响同样存在诱导及抑制作用,可燃组份对天然气燃烧过程的影响与对引燃柴油燃烧过程的影响存在差异性;Ar使天然气火焰传播速度加快;而N2或CO2会使天然气火焰传播速度变慢;随着氧浓度受限范围下降（过量空气系数不小于1.0）,天然气火焰传播速度加快;氢气同样可使天然气火焰传播速度加快。4)探究了缸内化学氛围与引燃柴油燃烧对天然气燃烧的协同影响机制。此部分基于柴油引燃天然气发动机研究平台,针对1335r/min、375N.m工况点展开研究。研究表明:引入不同组份后,表征引燃柴油燃烧对天然气燃烧影响强弱的关键参数（二者燃烧重叠期及重叠期内天然气燃烧量）变化不同,同时天然气燃烧过程变化不同;引入Ar后,燃烧重叠期减小且重叠期内天然气燃烧量降低,天然气燃烧始点略提前且其燃烧速度加快;当引入N2或CO2后,燃烧重叠期增加且重叠期内天然气燃烧量增加,天然气燃烧始点推迟且其燃烧速度变缓;随着氧浓度减小（过量空气系数从2.2减小至1.0）,燃烧重叠期变化较小,但重叠期内天然气燃烧量逐渐增加,天然气燃烧始点推迟,但其燃烧速度呈现先加快后略减小趋势,在过量空气系数为1.0时开始略减小;氢气掺入后,燃烧重叠期基本不变,天然气燃烧始点同样基本不变,但其燃烧终点呈提前趋势;就提高柴油引燃天然气发动机热效率而言,引入Ar可作为首选,在本研究中的低负荷工况点,其指示热效率可从36.05%提升至48.07%。