在碳达峰、碳中和目标以及能源日益短缺的背景下,发展清洁能源成为了主要述求。天然气凭借储量丰富、燃烧清洁的特点成为了主要替代燃料。点燃式天然气发动机采用当量燃烧+EGR+TWC技术路线时,虽然排放性能好,但是热效率低并且热负荷偏高,针对此问题本文以一台当量燃烧天然气发动机为研究对象,首先研究了压缩比对发动机性能的影响;其次研究了在不同EGR率下压缩比对发动机性能的影响;再进一步研究了不同点火时刻下压缩比对发动机性能的影响;最终基于压缩比、EGR和点火时刻实现对发动机整体性能的优化。针对当量燃烧天然气发动机热效率较低的问题开展了压缩比对发动机性能影响的研究。研究结果表明:提高压缩比可以优化燃烧过程,提高发动机经济性,但是压缩比的提高也会造成缸内平均温度、NOx排放和最大压力升高率的升高。针对当量燃烧天然气发动机提高压缩比后进一步加剧了热负荷、NOx排放高的问题,开展了不同EGR率下压缩比对发动机性能影响的研究。研究结果表明:随着EGR率的增加,压缩比对燃烧过程的增益效果逐渐变强。提高压缩比可以改善EGR对燃烧的抑制作用,采用提高压缩比同时增加EGR率的方式不仅可以获得比较好的经济性,而且发动机的缸内最高平均温度、NOx排放以及最大压力升高率并不会很高,为进一步优化经济性提供了可能。为了追求当量燃烧天然气发动机经济性的最大化,开展了不同点火时刻下压缩比对发动机性能影响的研究。研究结果表明:随着点火时刻的提前,压缩比对燃烧过程的增益效果变强。点火时刻和压缩比对燃烧过程均有着明显的促进作用,采用提高压缩比同时提前点火的方式可以充分发挥高压缩比的经济性潜力,但伴随而来的是缸内最高平均温度和最大压力升高率的急剧上升,同时NOx排放量增加。为了同时解决当量燃烧天然气发动机热效率低、热负荷和NOx排放高的问题,对比分析了不同压缩比、EGR率以及点火时刻下的经济性、热负荷和NOx排放。研究结果表明:同时优化压缩比、EGR率和点火时刻可以使发动机性能达到高效率、低热负荷及低排放的燃烧状态,当压缩比为12.5时,经济性最佳,同时热负荷以及NOx排放处于一个较低的水平上,而压缩比13由于爆震边界窄,导致其没有发挥出高压缩比的经济性潜力。