缸内高压直喷天然气发动机由于具有燃烧效率高、排放低的特点,成为了行业内的研究重点。而研究天然气发动机的新型燃烧技术,进一步提高其热效率、降低排放也受到了越来越多的关注。高压直喷天然气发动机部分预混燃烧模式使用天然气作为主燃料、柴油作为引燃燃料,整个燃烧过程不仅包含柴油的喷射、雾化、蒸发,还涉及到天然气的喷射及燃烧,缸内的物理化学反应十分复杂。研究部分预混燃烧模式的喷射参数等对发动机燃烧及排放过程的影响,可以为发动机的优化提供一定的理论指导。本文以某型六缸缸内高压直喷天然气发动机为研究对象,通过试验与仿真相结合的方式,建立了缸内高压直喷天然气发动机的三维仿真模型,并利用建立的三维仿真模型探究了部分预混燃烧模式中预喷比例、预喷提前角及涡流比对发动机燃烧和排放的影响。主要的工作及成果如下:搭建了缸内高压直喷天然气发动机试验台架,测试了样机使用扩散燃烧方式时的性能参数,评价了发动机的动力性、经济性及排放特性。试验结果表明:对于缸内高压直喷天然气发动机扩散燃烧模式,随着负荷的增加,热效率及NOx排放均呈现先升高后降低的趋势,THC排放及CH4排放呈现降低的趋势,而CO排放的变化趋势相反。扩散燃烧速度受天然气喷射时间及天然气扩散速度的限制,大负荷时速燃期较长,采用合理的燃烧方式提高热效率的潜力较大。搭建了缸内高压直喷天然气发动机三维仿真模型,并将三维模型的仿真结果与试验台架的测试结果进行对比,验证了三维仿真模型工作的准确性。利用搭建的三维仿真模型探究天然气预喷比例、预喷提前角及涡流比对缸内高压直喷天然气发动机燃烧和排放的影响。研究结果表明:选择30%以下的预喷比例、减小预喷提前角、选择1.5或1.6的涡流比有利于促进缸内的燃烧过程、提高燃烧热效率;CO的控制措施是在中等负荷时降低预喷比例、选择适中的预喷提前角,大负荷时提高预喷比例,减小预喷提前角;NO的控制措施在中等负荷时与CO的控制措施相同,大负荷时降低预喷比例、选择适中的预喷提前角;而在中等负荷时提高预喷比例,大负荷时提高预喷比例、选择适中的预喷提前角可以控制SOOT排放。