为了节约石油资源,满足汽车燃料多元化的需求,以及达到更加苛刻的汽车排放标准,高效清洁的替代燃料得到了越来越多的关注。天然气以其储量丰富、热值高、价格便宜、燃烧清洁等优点,被认为是当前最具前途的汽车替代能源。目前,天然气发动机的着火方式主要有火花塞点燃和柴油引燃两种。与火花塞点燃相比,利用柴油多点引燃的方法,可提供多个点火中心和更高的点火能量,所以引燃效果好、发动机动力性强。生物柴油燃烧过程中HC、CO、碳烟及S02排放低,且十六烷值更高,同样适用于引燃天然气。由于天然气与生物柴油二者具有互补性,因此两种燃料在燃烧过程中,可以实现高效、低碳烟排放,但是存在NOx排放较高的问题,需采用EGR技术对其进行控制,进而实现发动机高效低排放的双燃料稀薄燃烧模式。本文首先对天然气详细机理GRI3.0进行简化,结合柴油与生物柴油替代混合物的化学动力学机理构建了天然气/柴油、天然气/生物柴油两组双燃料化学动力学模型。通过将化学动力学模型与发动机三维仿真软件耦合的计算方式,开展了天然气替代率、引燃燃料和EGR对双燃料发动机燃烧与排放特性研究。最后从燃烧机理角度,对比分析了由EGR所导致的缸内氧浓度降低,以及C02与H20的引入对双燃料发动机缸内燃烧特性与燃烧产物生成过程的影响。研究结果表明：天然气/柴油双燃料发动机随着天然气替代率的提高(0%至60%),缸内燃烧起始时刻(CA10)推迟,累积放热量减少,温度分布趋于均匀。低替代率时(≤40%),燃烧重心(CA50)、缸内压力、温度没有明显变化；当替代率达到60%时,压力与温度峰值分别降低了32%和8.5%,且缸内已无明显的着火中心；随着天然气替代率的提高,CH4与CO的最终排放值增加,NO排放减少,尤其是当替代率达到60%时,由于燃烧不充分,温度大幅降低,导致燃烧室凹坑底部及缸壁附近有剩余的大量CH4,CO最终排放值是纯柴油燃烧时的2.7倍,NO排放减少78%,Soot由于氧化能力减弱,其最终剩余量有小幅增加。天然气替代率在40%范围内可以改善碳烟排放,并不影响其他燃烧特性。与柴油引燃天然气模式相比,采用生物柴油引燃时,着火时刻提前约1.5℃A,放热峰值与累积放热量分别高出6.9%与5.4%,缸内压力与温度的峰值分别高出14%和6%,最高压力升高率高约30%。燃烧初期,生物柴油引燃时的液体燃料分布区域有大量的O基生成,油束内部首先形成NO,在浓预混火焰附近,C2H2及苯(A1)的形成量较少；燃烧过程中,O基浓度分布均匀且范围较广,碳烟的分布区较小,NO的生成量明显高于柴油引燃天然气；燃烧后期,CO在缸内的分布相对较少。天然气/生物柴油双燃料发动机在32%与50%EGR率下,缸内压力峰值比无EGR时分别降低了4.3%、12.5%,温度峰值降低了3.6%与10.8%,CH4和CO的排放量小幅增加,Soot与NOx排放减少。由EGR所导致的缸内氧浓度降低是推迟着火的主因,由于02减少,削弱了反应h+o2<=>o+oh,从而使O基生成量减少,C2H2与Al的生成峰值明显升高,CH4的剩余量约是无EGR时的4.3倍；H2O的引入能有效降低缸内压力与温度,促进H2O2的生成,使得2oh(+m)<=>h2o2(+m)与2oh<=>o+h2o的逆向反应加剧,进而使OH生成量增加,促进了CO的后期氧化,使其最终剩余质量分数降低；CO2的引入,使CH4最终剩余量增加4%,C2H2与Al的生成峰值降低；O2的减少以及H2O的引入对NO与NO2生成的抑制作用都非常明显。与生物柴油引燃天然气相比,采用柴油引燃时,EGR导致的氧浓度降低使得滞燃期推迟更为明显,压力与温度峰值降幅增加,O基的生成峰值相比减少约25%,因此对EGR的稀释效应更为敏感。