对内燃机燃烧过程和特性的研究一直是活塞发动机研究的重点。通过对航空活塞发动机燃烧过程和特性的模拟研究，不仅有助理解燃烧机理，还可以对内燃机性能进行预测；并且通过改变各种运行参数，可以对新发动机的预研设计以及旧发动机的性能改善提供指导。本文的研究工作源于一个在四冲程汽油航空活塞发动机的基础上研发煤油航空活塞发动机的项目。本文主要针对汽油机与煤油机燃烧过程和特性进行三维模拟研究。并通过改变主要运行参数为改善原型机的动力性能以及煤油机的预研设计提供理论指导。主要研究工作可分为以下几个方面：首先，为开展相关的数值模拟研究，建立了包括进气道、燃烧室、排气道的三维几何模型。利用了动网格技术实现了活塞与气门的运动，最终建立了适用于研究内燃机燃烧过程和特性的三维CFD仿真模型，并对模型的有效性进行了试验验证。其次，为进一步提高原机的动力性能，针对双火花塞位置提出了的三种优化布置方案，以动力性和可行性为原则选出了最优方案。在进气温度不变的情况下，提高进气压力，可以有效提高发动机的动力性，缸内最大爆发压力与进气压力有近似线性的关系，但进气压力的提高要考虑压力升高率增大带来的不利影响；过量空气系数为1时，发动机的动力性最强，所以在喷油标定时，可以选择过量空气系数为1进行标定。在此基础上，对正常热工况条件下发动机燃用汽油与煤油的燃烧过程和特性进行了对比分析。结果显示：在同样的质量流量边界条件下，煤油的平均燃烧速率要小于汽油，并且滞燃期更长，该发动机直接燃用煤油，做功能力明显下降。增大点火提前角可以有效恢复煤油机的指示功率，当点火提前角大于30°时，可以有效降低后燃现象；提高点火能量有助于提高煤油发动机的动力性，但当点火能量较大时，点火能量的提高对动力性能的影响逐渐减弱。本文的研究成果可以为汽油航空活塞发动机改用煤油后主要运行参数设计提供理论参考。