我国是煤炭资源大国,煤层气资源极为丰富,其理化特性非常适合作为内燃机的代用燃料,驱动发电机组发电。但是每年在煤炭开采过程中,产生的相当于130多亿m3纯甲烷的瓦斯中,有60%以上由于浓度太低,无法利用,被直接排入大气,造成了资源浪费和环境污染。本文完成了由淄博柴油机总公司提供的8300煤层气发动机改造成低浓度瓦斯单缸可视化发动机的设计工作,包括为之配备润滑系统、混合气配制系统、点火系统、时序控制系统、同步的数据采集系统和高速摄影系统及相关控制系统。并进行了初步的试验,结果表明：该装置能够观测到发动机缸内的燃烧过程,能够记录下燃烧过程照片和缸内压力随曲轴转角的变化规律；低浓度瓦斯单缸可视化发动机能够完成预期的试验功能。同时,针对低浓度瓦斯建立了发动机缸内准维双区湍流燃烧模型,分析处理试验数据。此模型能根据实测的燃烧压力曲线计算出层流燃烧速度、已燃气火焰温度及火焰传播速度等参数随压力、当量比、发动机转速、点火提前角的变化规律。通过试验数据与模型计算结果的对比分析,表明：浓混合气较稀混合气,燃烧速度更快,燃烧放热率也更大,使最高压力,压力上升率更大,缸内温度上升的速度加快,最高温度也越大。当量比为Φ=1.1时,燃烧过程历时最短,压力升高率最高,爆压也最高；当Φ=1.0时,高转速的压力升高率略大于低转速的升高率；当Φ=0.8时,反而低转速时的压力升高率明显高于高转速的升高率；总的来说,无论转速如何,Φ值较小的最高压力较小,燃烧过程滞后。