在大气环境污染日益严重,而排放法规日益苛刻的今天,天然气作为一种清洁燃料,已经成为车用发动机未来燃料的首选。合理的采用天然气发动机燃烧控制技术,不但可使天然气发动机保持原有发动机的动力性,而且还能降低成本,提高发动机的经济性。而天然气发动机稀薄燃烧由于其具有排放低、热效率高、经济性好的优点,成为车用发动机首选燃烧方式。本文针对一台点燃式天然气发动机,分别在最大扭矩工况和标定工况下,进行了台架试验,通过改变点火提前角和空燃比,实测缸内压力示功图、压力升高率通过压力示功图计算得出缸内平均温度、放热率和累积放热量等反映发动机工作性能的参数,分析这些参数的变化规律,对整机的工作性能进行评估,预判发动机在稀薄燃烧条件下出现失火和功率下降的原因,同时为数值模拟计算提供试验数据。结合实测数据和一维工作过程计算,模拟出发动机的热力循环,为三维数值模拟提供准确的边界条件。从三维数值模拟计算模型和数值计算方法出发,结合缸内气体的湍流流动模型、燃烧模型和排放模型,根据天然气发动机的工作特性,选取合适的计算模型和方法,建立了模拟发动机进气流动、缸内燃烧、排气过程的三维动态网格,模拟计算了完整的工作循环过程,得出发动机在不同曲轴转角下的缸内的流动和燃烧情况,并将模拟结果和试验进行对比,分析天然气发动机稀薄燃烧条件下存在问题的原因,为发动机工作性能的进一步改进优化提供理论依据。