天然气被认为是内燃机较为理想的替代燃料，但是天然气内燃机存在燃烧放热，燃烧循环变动，燃料特性等方面的问题。对此，本课题通过对天然气内燃机燃烧特性参数的试验研究和对甲烷（天然气主要成分）等混合气的燃烧仿真计算，讨论了天然气内燃机存在的燃烧问题，对提高发动机燃烧性能具有理论意义。首先，实施天然气发动机燃烧试验，使用LabVIEW软件，基于3种不同发动机放热模型：G模型，R模型和A模型进行计算程序编辑。探讨天然气内燃机运转参数对不同放热模型计算结果的影响，确定各模型的适用范围。结果表明，采用A模型和R模型计算所得结果差异很小，二者可通用；点火提前角和过量空气系数对3种模型的计算结果影响很小；G模型的计算结果受发动机转速的影响较为明显；当节气门开度较小或者发动机转速高时，这3种模型可通用。其次，编辑平均指示压力变动系数计算程序，基于缸内压力计算得到相关热力学参数。讨论点火时刻对平均指示压力变动系数的影响，同时提出平均指示压力变动系数最小值时点火时刻的概念，对比采用该点火时刻和采用固定点火时刻时，不同因素对天然气内燃机燃烧循环变动特性的影响规律。结果表明，在其他工况参数与控制参数不变时，存在平均指示压力变动系数最小（MCV）的点火时刻；采用固定点火时刻研究循环变动特性规律时，点火时刻取值的差异会导致燃烧循环变动特性规律的差异；采用MCV点火时刻时，燃烧循环变动特性规律具有唯一性。此外，在Chemkin软件中进行甲烷氢气混合气的燃烧仿真，将甲烷化学反应详细机理进行简化并实施离子反应路径划分；对不同掺氢比下一些重要离子和组分进行敏感性和浓度变化分析。结果表明，H，OH等是影响甲烷掺氢反应的重要离子；掺氢有利于CO2减少。最后，利用OpenFOAM软件进行甲烷掺氢的机理分析，建立定容燃烧弹模型以实现甲烷氢气混合气的燃烧仿真，对计算结果进行校核和分析。结果表明，掺氢有利于提高甲烷燃烧性能，但同时增加了NO的生成；活化能增加，反应速率对于温度的变化有较高的敏感性。