随着石油资源的日益减少，寻找可替代能源已成为当务之急。天然气由于具有价格低、低污染的优点而受到了人们的极大关注。发展天然气发动机是解决传统能源危机的一个有效办法。 本文介绍了天然气工业以及天然气发动机的发展状况，并指出天然气发动机在我国具有很大的潜力。本文在总结和分析国内外天然气火花点火燃烧过程研究结果的基础上，提出了一种涡流室式天然气燃烧系统，并针对此种改进设计开发了全新的电控系统，以精确控制发动机的运转过程。本文介绍了作者进行的如下研究工作： 设计开发了火花点火天然气发动机的一个新的燃烧系统，这个燃烧系统具有涡流室式燃烧室。研究所用天然气试验样机是由S195单缸柴油机改装而成，改装工作包括燃烧室的改装设计，电控系统和供气系统的设计。燃烧室由位于活塞顶的主燃室，位于气缸盖上的副燃室和连通主副燃烧室的通道组成。 设计全新的电控系统。该系统分别控制天然气的喷射过程与火花塞的点火过程。针对天然气喷射系统，在进气管处设置低压喷射阀，副室内设置高压喷射阀，在电控单元的控制下可以实现单独低压供气和高、低压复合供气两种供气方式；针对点火系统，进行了全新的电路设计。对于电路设计和软件编程，采用模块化方式进行设计，这样不但可以最优化设计，并且还可以简化电路结构、降低成本、减少故障率、提高系统的灵活性与通用性。本文设计的电控系统，可以对天然气喷射量、喷射角度以及点火提前角进行实时调节，并且由于该系统控制时钟频率为0.5℃A，故具有控制精度高、工作方式灵活的特点。 对电控系统进行了标定匹配试验，并对火花点火复合供气天然气发动机的起动性、点火提前角对燃烧的影响一系列的试验，进而确定点火提前角与复合供气系统的最佳配合角度。同时还对天然气发动机复合供气系统进行试验，发现在复合供气时，天然气发动机的功率运转范围大，相对进气道预混合式的火花点火天然气发动机有很大的优势。 本文的研究成果为提高发动机控制系统的开发效率提供了新途径；同时也为开展天然气发动机缸内直喷的燃烧方式提供了试验基础。