由于全球石油资源日渐贫乏和大气污染日趋严重,代用燃料发动机的研究正成为发动机领域的重要研究方向,尤其是压缩天然气作为一种清洁的代用燃料在发动机上得到广泛的应用。天然气发动机以其良好的排放性能和经济性能具有广泛的应用前景。本文以CNG发动机为研究对象,以提高天然气发动机排放性能为主要目标,开展CNG发动机电子控制系统理论和试验研究,具有重要的现实意义。本文在对天然气发动机的发展与现状进行深入分析的基础上,对CNG发动机电子控制系统进行了总体方案的设计,研制了电控多点同时燃气喷射系统、电控分配点火系统和电控怠速控制系统,并对电控多点同时燃气喷射系统、电控分配点火系统和电控怠速控制系统进行硬件和软件的设计,硬件方面给出了输入输出模块、微处理器模块DSP的设计,软件方面进行了基于嵌入式实时操作系统(DSP/BIOS)的系统软件设计,介绍了设计过程中的几种抗干扰措施。由于发动机的动力性、经济性和排放性能均与其瞬态空燃比密切相关,本文系统阐述了基于开关式氧传感器的闭环控制策略,并对空燃比控制策略进行了仿真,从理论上验证了此控制策略的可行性。本文在单一燃料CNG发动机上采用缸外进气阀处喷射供气、多点同时间歇喷射技术,利用开关式氧传感器在稳定工况下实现闭环控制。可实现发动机各缸燃气喷射量和喷射时刻控制,改善各缸混合气的一致性。完成了单—燃料CNG发动机分配点火系统的设计,可实现发动机各缸点火提前角和点火通电时间的控制。实现了基于转速的怠速模糊闭环控制,利用怠速空气控制阀实现了怠速的恒速控制。本文进行了模拟试验和实机试验。利用信号发生器等装置模拟传感器产生信号,观察高速输出口的喷气和点火特征并进行了结果分析。利用实验室提供的YH465Q-1E发动机,在其硬件基础上进行了改装,进行了怠速工况的试验,取得了部分试验数据,并进行了结果分析,验证了此电控系统的可行性。本文最后指出了所研制的电控单元不足之处和需要改进、完善的地方,提出了改进方案和措施等进一步的研究展望。