天然气作为一种清洁型代用燃料受到人们的普遍关注，天然气发动机因为良好的燃料经济性和低排放性能被应用于运输车辆，但要满足我国的国V排放标准需要对发动机各项性能参数进行优化设计。本文将某型柴油机改装为天然气发动机，针对其动力性、经济性和排放性能的提高进行了一系列模拟仿真计算，仿真结果排放性能达到了国V排放标准。主要进行了以下工作：（1）搭建了柴油机的工作过程模型，在验证模型的有效性后，在此基础上搭建天然气发动机的工作过程模型，对其压缩比、空燃比以及点火提前角进行了优化，得到了合适的压缩比、空燃比和点火时刻MAP图。（2）对不同气门重叠角进行计算，发现减小气门重叠角对降低NOx和THC排放有利。然后采用正交试验法对配气相位进行计算，通过对动力性、经济性以及排放性的折中考虑最终选择一组最佳配气相位。（3）对天然气发动机匹配增压器进行模拟计算。结果表明，原增压器压气机对于改装后的天然气发动机流量偏大，外特性运行工况点大部分都在压气机的低效区域运行。通过计算匹配了新增压器，使天然气发动机的最大功率比采用原增压器高3.9%，而且发动机的动力性能接近原柴油机水平。（4）分析了不同负荷下EGR率对NOx、HC和CO排放的影响。分别针对无EGR和有EGR的发动机模型进行了十三工况排放计算，比较排放结果发现，添加EGR后发动机排放除CH4排放外均能达到国V排放标准，而对于CH4的达标可采用DOC进行后处理。（5）建立EGR系统三维模型,通过对瞬态计算得到进气歧管EGR不均匀度为27.4%，均匀性较差主要表现为2缸EGR率最小，1缸EGR率次之。提出减小稳压腔长度，分离进气歧管2、3和4、5的入口，并保证各进气歧管入口直径相同。