随着传统石油资源的短缺和排放标准的升级,天然气作为可替代燃料具有较好的经济性和排放性,使得天然气发动机广泛应用于客车、重卡等领域,但爆震已经成为制约点燃式天然气发动机提升动力性和经济性的重要因素之一。因此,研究发动机不同工作参数和天然气中其它组分对天然气发动机爆震的影响,便于深入理解爆震趋势和爆震成因,对探索爆震控制策略具有重要指导意义。本课题针对点燃式天然气发动机,构建了满足爆震预测的天然气简化机理,分别建立了三维进气流动仿真模型和基于G方程耦合天然气简化机理的三维燃烧仿真模型,验证了简化机理对滞燃期的预测精度以及三维燃烧模型对正常燃烧和爆震燃烧的预测精度,三维燃烧仿真模型可靠性得到保证。利用建立的三维燃烧模型研究分析了当量比、进气温度和燃料中乙烷体积分数对包含爆震燃烧阶段的整个燃烧过程和爆震特性的影响规律,研究过程中控制进入气缸燃料总热值不变。当量比对爆震特性的影响主要通过两种途径。其一,当量比增大,缸内火焰向四周传播的速度加快,燃烧放热越快,第一个放热峰值越高,爆震前未燃混合气的温度越高,加快了甲烷低温氧化速率,缩短了滞燃期;其二,当量比越大,末端未燃混合气中甲烷浓度越高,滞燃期越短。因此当量比为0.85时,甲烷低温氧化中间产物CH20生成速率较快,爆震发生时刻最早,爆震燃烧导致的第二个放热峰值也提前,缸内产生了明显的剧烈压力震荡,爆震强度大于其他三种当量比工况。当量比为0.7时,燃烧后期没有明显的放热峰值,缸内压力震荡也较小,可视为没有发生爆震。减小当量比,对爆震的抑制效果明显。本文选取进气门关闭后10℃A缸内混合气的温度作为进气温度进行对比研究。结果表明,计算温度范围内,进气温度因进气压力差异导致对火焰传播速度影响不明显,进气温度对发动机爆震特性的影响主要是通过改变混合气的滞燃期实现的。进气温度升高,甲烷氧化反应速率加快,爆震始点提前,爆震强度越大,爆震燃烧放热速率越快,导致缸内整体压力和温度增大。乙烷体积分数通过改变燃料滞燃期对天然气发动机的燃烧过程和爆震特性产生影响,具体表现为乙烷氧化分解产生的活性自由基促进了甲烷的氧化过程。在甲烷中添加乙烷,因乙烷活性较高,优先进行低温氧化反应,因此乙烷消耗较快且混合气滞燃期较短,更易发生爆震。