天然气的诸多优势以及石油资源的枯竭使得天然气的应用越来越广泛，气体发动机的市场份额也在逐步增大。能源危机及日益严格的排放法规促使天然气发动机朝着更高BMEP、更高热效率、更低排放的方向前进。本文的研究对象为某厂的190系列大功率气体机。研究目的是提升气体机的功率、热效率，降低排温，改善各缸均匀性及排放性能。研究方式为仿真模拟。建立了16V190、20V190发动机工作过程计算模型，并通过对比试验数据和模拟数据验证16V190模型的精度。对两种机型的MPC排气管系进行优化分析，发现采用大管径的排气管时能够明显改善各缸均匀性，但对于原机经济性、动力性影响不大。对于16V190，提出三种双入口涡轮方案对比分析，对较优的一种方案进行优化计算，对计算结果的分析表明采用双入口涡轮排气系统可以降低涡前排温，改善各缸的充气效率及残余废气率。进行了两种机型米勒循环的研究，增大原机的几何压缩比，通过早关或晚关进气阀降低有效压缩比，以此来提升功率、热效率，降低排气温度及NOx排放量。为弥补进气阀早关或晚关造成的充气效率下降，需要配备更高压比的增压器以保证进气量。通过对两种机型建立多点喷射仿真模型，计算了不同气门重叠角对整机性能的影响，包括对所需要的进气压力、功率、涡前排温、NOx排放的影响。对16V190进行了单韦伯燃烧模型的仿真计算，分析稀燃后整机动力性、经济性、涡前排温的变化。之后建立双区燃烧模型，并利用实验数据进行校核，分析稀燃后燃烧的恶化情况以及进行增大湍流程度、增大点火提前角提升气体机性能的研究。