当量空燃比天然气发动机配备废气再循环系统（EGR）和三元催化器系统（TWC）已被公认为是目前应对国Ⅵ排放法规较为成熟的技术路线,同时也成为目前天然气发动机研究的热点问题。因此,对当量空燃比天然气发动机的燃烧与排放特性进行研究,对当量空燃比天然气发动机技术的改进与提高具有较高的参考价值。本文主要以当量空燃比天然气发动机为研究对象,通过试验研究和模拟研究分别探究了当量空燃比天然气发动机在全工况下的燃烧与排放特性、两种不同天然气燃料在稳态（WHSC）和瞬态（WHTC）工况下对NH3和N2O排放特性的影响以及高原环境工况对当量空燃比天然气发动机性能的影响。主要的研究工作及成果如下:1.搭建了当量空燃比天然气发动机试验台架,进行万有特性试验,探究了全工况下当量空燃比天然气发动机的燃烧与排放特性。试验结果表明:当量空燃比天然气发动机的缸压主要受增压比及EGR率的影响较大;中高转速中负荷工况阶段,EGR率处于较高水平,此时燃烧效率受到影响,燃烧持续期延长;低负荷工况阶段,EGR率相对较低,NOx排放量处于相对较高的水平;由于采用当量空燃比燃料供给模式,混合气混合不充分的区域增加,燃料未完全燃烧以及未燃烧部分增加,因此发动机CO、HC排放量处于较高水平;TWC进气温度大部分处于500℃以上,此时TWC系统催化转化效率较高,TWC系统后NOx、CO、HC处于较低的排放水平。2.使用两种热值不同的商用天然气燃料,探究了以这两种燃料运行的当量空燃比天然气发动机在稳态（WHSC）和瞬态（WHTC）工况下NH3和N2O的排放特性。试验结果表明:稳态工况下,高负荷低转速工况下,由于NO、CO排放量相对较高,导致较多NH3产生;稳态工况下的N2O排放量处于极低水平;在城市工况中,TWC中过量氧气以及过低的进气温度,抑制了NH3的产生,使此时NH3排放处于最低水平,高速公路工况与之相反,NH3的排放处于最高水平;N2O排放的高峰值出现在瞬态循环的低温阶段;以试验所用的当量空燃比天然气发动机而言,高N2含量和低热值的天然气能够更好的控制NH3和N2O排放。3.以试验所用的天然气发动机为原型,建立一维当量空燃比天然气发动机模型。根据高原环境条件对其进气压力及温度的边界条件进行定义,使模型在海拔0～4 500m海拔范围内运行。以“海拔高度”作为“进气压力”、“进气温度”的综合因素,探究了其对当量空燃比天然气发动机动力性、经济性以及排放特性的影响。模拟结果显示:在0～2 000 m海拔范围内,当量空燃比天然气发动机在动力性和经济性方面受环境工况影响较小;在海拔2 500～4 500 m海拔范围内,动力性、经济性随海拔升高逐渐恶化,发动机的扭矩、功率值最大下降幅度达到46%左右;排放方面,0～2 000 m海拔范围内,发动机CO排放量较低,随着海拔的升高CO排放量呈递增趋势;发动机NOx排放量与CO排放呈现出相反的趋势;在海拔1 500 m和2 000 m时,由于受发动机NOx原排和TWC系统中CO浓度的影响,使两个海拔下TWC系统后NOx排放量出现较大波动和峰值。