近年稀薄燃烧技术在内燃机中得到了广泛应用,稀薄燃烧的优势在于能够提高燃油经济性和降低污染物排放。缺点在于随着空燃比提升,对于点火能量的要求更高,同时火焰传播速度也会降低。针对这两方面,对内燃机的点火和燃烧过程引入非平衡等离子体,利用其电子和自由基的高活性促进化学反应的进行。本文利用纳秒脉冲放电产生非平衡等离子体,借助EEDF模型计算得出甲烷-空气中约化场强对电子能量分布的影响,结合反应路径进一步得到约化场强与放电能量沉积方向的相关性。对空气放电动力学与甲烷碰撞、电离的反应进行耦合形成混合气放电机理。运用等离子体求解器ZDPlasKin完成了放电过程的数值计算,研究了约化场强和脉冲重复频率对CH3、OH、O3、O及CH20这五种粒子数密度的影响。运用多区模型CHEMKIN解决燃烧过程的化学气相动力学问题,分别研究甲烷自点火与加入自由基后的燃烧过程,以点火延迟时间、热量释放速率、燃烧后未燃HC等作为参考,研究非平衡等离子体对点火和燃烧过程的影响。主要结论：(1)约化场强在200～400Td之间时,沉积到激发N2和离解02的能量占放电能量比例达到最大；(2)CH3、H和O在脉冲放电时产生后快速消耗,为CH2O、OH、O3的积累起过渡作用,约化场强大致与自由基的数量密度呈正相关；(3)非平衡等离子体能降低甲烷的点火延迟时间、缩短燃烧所需时间、降低燃烧产物中未燃HC含量。