由于石油资源的逐步短缺和环境问题的日益彰显，车用发动机代用燃料研究已成为目前重点研究内容。压缩天然气（CNG）是多种代用燃料中较为理想的一种，其良好的燃烧排放性能、经济性、安全性以及逐步完善的加气站布置使得天然气将会在较大一段时间内作为发动机的主要代用燃料。天然气独有的特性（如常规状态下为气体、抗爆性较高等）又使得天然气发动机在机械结构和电控系统等方面与汽油机或柴油机有较大差异。针对天然气发动机的电控系统进行研究是非常有必要的。本文在分析了天然气发动机固有特征的基础上，拟定天然气发动机电控系统的整体方案，采用进气总管单点喷射、增压中冷、稀薄燃烧加氧化型催化器、氧传感器闭环控制、顺序多点高能点火、故障自动诊断等技术。从原理、使用条件、成本等方面综合考虑和选取传感器、控制芯片和执行器，采用霍尔传感器作为曲轴和凸轮轴位置传感器、大功率高速开关IGBT作为点火驱动芯片，场效应管作为燃气喷射驱动芯片，两片飞思卡尔16位单片机MC9S12XDP512分别作为主控芯片和故障诊断芯片。设计制作并完成控制系统调试。硬件具有稳定性好、抗干扰能力强等特点；控制软件采用人工编写与Matlab/Simulink/Stateflow代码自动生成相结合方法实现，具有修改灵活、开发速度快且代码可靠性高等特点。上位机监控软件用LabWindowsCVI软件编写，具有数据采集、显示绘图、数据标定和故障码读取等功能。重点对点火、燃气喷射控制策略和故障诊断进行研究。点火提前角根据工况不同选取开环或闭环控制方式，开环控制采用查表获得控制参数，闭环控制采用查表加爆震反馈获得；闭合角直接查表获得。燃气控制方面，提出了一种基于历史空燃比和氧传感器修正的燃气质量计算方法，较目前多数电控系统节省了燃气计量器。故障诊断方面主要研究了故障检测方法、故障管理和失效处理策略。在自制设备“发动机电控系统综合试验台”上进行了部分模拟试验，试验内容包括了各路信号的采集和处理、点火喷气时序、点火能量标定、喷嘴驱动能力测试、模拟故障诊断等。模拟试验验证了所设计的硬件系统能够满足基本功能需求，底层驱动软件逻辑正确，软件编写方法可行，控制系统整体上可以满足天然气发动机电控系统的基本功能需求，为进一步性能研究提供了基础平台。最后提出了本文研究内容的不足之处和改进方法。并对进一步的研究内容作出了规划和展望。