能源和环境问题是近来人类最关心的两个问题,是人类赖以生存和发展的物质基础,也是我国乃至世界各个国家高度重视的重要战略问题。世界性的石油资源持续短缺和环境不断恶化是本世纪人类面临的巨大难题,而内燃机是石油的主要消耗源和大气环境中污染物的主要来源之一。对我国来说,能源和环境问题的形势更加的严峻和紧迫。探索开发替代石油基燃料的新型洁净代用燃料是当前世界各国关注的焦点。近年来一方面低热值气体燃料(或称为低品质气体燃料)正受到世界各国政府、企业及高校研究单位越来越多的重视；煤层气是一种典型的低热值气体,而且我国是煤炭生产和一次消费大国,以煤碳为主的能源结构决定了我国必须重视煤层气开发。另一方面,近年来缸内直喷技术在汽油机上得到了快速发展,将缸内直喷技术和低热值气体燃料发动机相结合,能有效提高发动机的充气效率,改善燃烧特性,扩展稀燃极限并且降低有害气体排放。本文在国家自然科学基金项目“缸内直喷低热值气体掺氢燃料发动机的混合气形成与燃烧规律研究”的资助下。通过将现有的单缸柴油机改造成缸内直喷式气体燃料发动机,并且进行了缸内直喷式气体燃料发动机燃用低热值气体燃料的性能试验。整理试验数据,得出以下结论：1、在各个喷射压力下,随着负荷的增加,有效燃料消耗率不断降低,燃料中的氮气组分对有效燃料消耗率的影响不大。相同喷射压力下,燃料中的氮气组分对有效燃料消耗率的影响不大；相同负荷下,氮气组分的增加能够有效降低排气温度以及NOx排放浓度。2、点火提前角对发动机性能具有较大影响,存在一个使有效功率最大的点火提前角范围；而在整个点火提前角范围内,HC和CO排放浓度变化不大,喷射压力不同时的发动机点火提前角特性有差别。3、在一定范围内,喷射时刻对发动机的输出功率和有效燃料消耗率影响不大,喷射起始角在80～160℃AATDC范围内时,发动机的NOx、HC、CO排放浓度变化不大。不同喷射压力下,喷气时刻对发动机的性能影响趋势相同,喷射压力在一定范围内变化时,不需要对发动机机的最佳喷射提前角进行调整。4、过量空气系数对发动机的有效功率和经济性的影响非常明显。提高喷射压力能够提高使发动机有效功率最大时的过量空气系数。不同喷射压力时,在使发动机有效功率最大的过量空气系数下,NOx排放浓度都较低,也就是说不需要牺牲发动机的动力性和经济性,就能获得较低的NOx排放。