天然气汽车作为新能源汽车近年来发展十分迅速,但是天然气发动机目前存在燃烧爆震、热效率低等问题,迫切需要研究更加高效的天然气发动机。米勒循环方式的天然气发动机技术,不仅可以在抑制爆震的前提下提高发动机的压缩比,提高了发动机的热效率,而且能大幅降低了NOx排放,可以满足日益严格的排放法规。本文针对目前国内重型然气发动机的研究现状,采用模拟仿真技术对米勒循环天然气发动机的工作过程进行了研究,并通过试验进行验证。本文做了如下工作:(1)针对目标天然气发动机利用GT-Power软件建立一维仿真模型,并将对比分析在不同转速下的发动机性能和热力学参数、不同气缸的缸压和放热率,结果表明本模型能够与实验很好的吻合。(2)通过对天然气发动机几何压缩比和进气相位的仿真研究,得出这两个参数对天然气发动机性能影响的规律;在保证有效压缩比不变的前提下研究膨胀比对发动机热效率、燃气消耗率等性能影响的规律,并找出实现米勒循环的最佳膨胀比。(3)针对米勒循环动力性下降的问题,研究了进气系统及不同EGR率对发动机性能的影响规律,并优化出合理的米勒循环天然气发动机的基本参数;针对进气门早关和进气门晚关两种米勒循环方案,对比其设计、动力学表现及性能差异;同时通过台架试验验证米勒循环,并对比其与奥托循环的性能差异。(4)通过米勒循环天然气发动机的一维模型模拟分析及样机试验验证,研究发现米勒循环耦合EGR,能有效拓宽爆震边界,提高发动机在中低速下的热效率1-2%,能够明显降低整机热负荷,并且能有效降低NOx排放。米勒循环地应用对提高天然气发动机的整机经济性、可靠性和降低排放都有重大意义。