面对能源危机和环境问题的日益严重,在内燃机中使用清洁燃料是解决问题的有效途径。天然气由于其储量丰富、能量密度高、辛烷值高和排放低等优点备受青睐。本文在一台柴油天然气双燃料发动机上,低负荷工况下,从天然气替代率和喷油时刻两方面分别分析了其对发动机动力性、经济性、燃烧过程和排放性能的影响。本文首先进行了三种不同转速,不同替代率之下动力性、经济性、燃烧过程和排放性研究。研究发现,在不同转速下,天然气替代率对发动机动力性和经济性的影响是一致的。随着替代率的增加,柴油喷射量减少,柴油的着火延迟期延长,且天然气喷射量增加,导致缸内压缩温度和压力降低,导致功率即动力性能降低,有效燃油消耗率增加;另外,在同一替代率下,高转速相比于中低转速,动力性和经济性均明显降低。在中低转速低负荷工况下,随着替代率的增加,缸内压力呈现降低的趋势,最大压力峰值逐渐降低,且对应的曲轴转角提前。高转速低负荷工况下,随着替代率的增加,缸内压力降低,缸内压力峰值逐渐降低,但是压力峰值对应的曲轴转角后移。在低、中、高三种转速下,随着替代率的增加,放热率均降低,而且由起初的双峰变为单峰,燃烧始点后移,燃烧重心呈现先前移后后移的趋势,燃烧滞燃期先缩短后延长,燃烧持续期波动较大。三种不同转速下,随着替代率增加,CO排放整体呈现增加的趋势,NO_X排放降低,HC排放升高。另外,本文还对高天然气替代率,不同喷油时刻之下动力性、经济性、燃烧过程和排放性研究。在85%、90%、95%三种替代率下,发动机动力性和经济性随喷油时刻的变化是一致的。表现为随着喷油时刻的提前,发动机动力性和经济性都呈现先变好后变坏的趋势。而在同一喷油时刻下,随着替代率的增加,动力性和经济性均变差。随喷油时刻的提前,缸内压力先升高后降低,缸压峰值也出现相同的趋势。喷油时刻的改变会造成引燃柴油着火模式的改变。在传统的喷油时刻下,引燃柴油的着火模式为传统的压燃着火,双燃料发动机为传统的双燃料燃烧模式,随着喷油时刻的提前,放热率呈现先升高后降低的变化趋势,同时,放热率峰值对应的曲轴转角先前移后后移。天然气替代率为85%时,放热率峰值出现在CA15附近。当喷油时刻大幅度提前时,柴油的着火模式为准HCCI燃烧模式,此时,双燃料发动机的燃烧呈现低温反应和由天然气多点燃烧引起的单峰放热率曲线,,放热率随着喷油时刻的提前而升高,同时,放热率峰值对应的曲轴转角后移,放热率峰值出现在CA50附近,且放热率峰值与CA50的放热率值相同。在三种不同的天然气替代率下,随着喷油时刻的提前,燃烧始点和燃烧重心先前移后后移;另外,喷油时刻一定时,随着天然气替代率的增加,燃烧始点和燃烧重心均后移。这主要是由于引燃柴油着火模式的改变。当天然气替代率为85%时,CO排放随喷油时刻的提前先升高后降低,最后又急剧升高。当天然气替代率为90%时,CO排放量最喷油时刻的提前先降低后升高。当天然气替代率为95%时,CO排放量随喷油时刻的变化基本保持不变。天然气替代率为85%时,NO_X排放随喷油时刻的提前先增加后降低。天然气替代率为90%和95%时,在所研究的喷油时刻内,NO_X排放随喷油时刻的提前而降低。替代率为85%时,喷油时刻较晚,HC排放降低,;喷油时刻过早,HC排放上升。替代率为90%和95%时,随着喷油时刻的提前,HC排放呈现先降低后升高的趋势。