随着传统内燃机的高NOX和PM排放造成的环境污染日益加剧,天然气发动机的研发越来越受到重视。其中,柴油引燃天然气直喷发动机具有接近柴油机的动力性能,排放性能更是远优于常规柴油机,成为当前的研究热点。本文基于康明斯ISX天然气发动机,对发动机不同喷嘴结构（孔径、喷孔数等）与喷射策略开展模拟研究,分析燃烧与排放特性,提出柴油引燃天然气发动机的性能、排放优化策略。使用CFD软件CONVERGE建立柴油引燃天然气直喷发动机燃烧仿真模型,将模拟数据与实验数据对比,验证所选计算模型的可靠性。通过对比网格数的影响,优化了燃烧室模型的网格设置,进一步提高了计算效率和计算精度。在柴油引燃天然气直喷发动机中,天然气喷孔结构对燃料分布和混合过程有显著影响,本文通过改变天然气喷孔孔数和孔径,分析其对发动机燃烧及排放的影响。研究表明:在控制柴油喷孔保持8孔的条件下,天然气孔数为4或5孔,天然气喷孔直径为1.00mm、0.89mm时,天然气燃烧呈现单一的天然气放热率峰值,燃烧持续期缩短,但由于滞燃期较长,存在燃烧相位较晚的缺点。当天然气孔数为6-10孔之间,天然气喷孔直径小于0.82mm时,天然气放热率呈现双峰的特征,天然气与空气混合更好,引燃效果好,滞燃期较短,燃烧相位提前。对于双燃料同轴喷射发动机,引燃柴油喷孔和天然气喷孔的匹配对发动机内燃料燃烧情况存在较大影响。研究发现:增加柴油喷孔数能使柴油着火形成的高温引燃区域分布更广,区域之间间隙更小,相当于引燃柴油喷孔和天然气喷孔的相对夹角,从而缩短天然气着火延迟期,增加天然气喷孔同样也能缩短天然气着火延迟期。本文通过提高天然气喷射压力,缩短天然气喷射持续期,通过加快燃料与空气混合速率,提高燃料预混燃烧比例来优化发动机性能。研究表明天然气喷射持续期缩短为5°CA时,燃料和空气混合效果更好,天然气燃烧速率显著提高,发动机热效率明显提升。同时研究了在不改变天然气喷射压力的条件下,通过改变天然气喷射时刻,研究其对发动机燃烧及排放的影响。当天然气喷射时刻为-5°CA ATDC时,能缩短天然气燃烧持续期,从而提高发动机指示功。