近年来,随着世界经济的不断发展,能源危机和环境污染已经成为21世纪人类面临的主要问题。目前世界各国都在致力于寻求发动机代用燃料,气体燃料在内燃机上的应用进入了一个新的历史时期。沼气是一种可再生的生物质能,具有来源丰富、成本低廉、环境友好等特点,沼气发动机在发电领域的应用越来越广泛。本文以发电用沼气发动机为研究对象,对发动机与涡轮增压器的匹配特性和发动机性能进行了深入的仿真分析和研究,同时完成了空燃比闭环控制系统的软件开发,制定了控制策略,编写了模块化的控制程序并搭建电子节气门试验台对控制系统进行了模拟试验验证。采用GT-power一维模拟软件建立了增压气体发动机仿真模型,通过仿真结果与试验数据对比,验证了模型的准确性。以该模型为基础,对燃用不同甲烷含量的沼气发动机进行了仿真分析,研究了过量空气系数和沼气组分对发动机与涡轮增压器匹配特性的影响；研究了过量空气系数、压缩比、增压器布置方式、沼气组分对发动机动力性、经济性、燃烧特性和排放特性的影响。最后应用GT-power软件的优化模块,建立了发动机性能优化的仿真模型,对主要结构参数进行了优化研究。设计了由两个节气门进行控制的燃料供给系统,制定了开环控制和以功率传感器信号为反馈的闭环控制相结合的控制策略,选用PID控制算法,编写了C语言控制程序,完成了控制系统软件的开发。搭建了电子节气门控制试验台,对电子节气门PID控制和空燃比闭环控制效果进行了模拟试验。试验结果表明,本文所开发的空燃比控制系统基本能够达到预期的控制效果。本论文得到国家自然基金项目“低热值气体燃料发动机燃烧稳定性的基础研究(50976012)”资助。