随着石油资源的日益枯竭与保护环境意识的提升,天然气作为理想、环保的替代能源,使天然气汽车受到全世界企业与研究学者的青睐。其中,甲烷纯度为99.68%的液态天然气燃料具有139的辛烷值,抗爆震性能好等优点;但存在点火能量高,火焰传播速度慢等缺点。因此,需采用先进技术来弥补天然气发动机固有的缺陷。基于此研究目的,提升压缩比与稀薄燃烧技术的应用是迄今为止天然气发动机优化开发过程中最为有效、范围最广的研究方向之一。因此,本文以课题组前期提出的基于发动机性能与控制参数的量化关系研究作为基础,重点围绕基于不同压缩比的天然气发动机量化性能分析及应用分析方面展开研究。通过台架试验来研究压缩比对采用高甲烷纯度燃料的天然气发动机性能的影响。最后利用GT-SUITE仿真软件来探究串联式混合动力汽车搭载天然气发动机在NEDC与WLTC循环工况中的应用表现。结果表明:（1）采用高甲烷纯度的稀燃天然气发动机的性能与控制运行参数间的内在联系与传统发动机具有相似性。（2）提高压缩比可以降低天然气发动机油耗,但是会增大NOX与HC的排放,这意味着需要采取额外的机外减排技术。（3）耦合控制、运行参数的指示热效率和IMEP量化控制方程精度较高,绝大部分点的误差在5%以内。（4）在串联式混动整车仿真分析中,采用高压缩比天然气发动机的整车模型在NEDC工况中累积油耗降低了3.4%;在WLTC工况中累积油耗降低了4.6%。本文提出的天然气量化控制方程以及搭建的基于不同压缩比的天然气发动机的混合动力性能仿真平台可为后续发动机或整车性能优化提供技术支撑,缩短设计开发周期和实现高效能量管理系统开发,具有重要的研究与工程意义。