化石燃料的短缺使石油替代燃料的研究日趋紧迫。氢气以其优势成为未来发动机最有前途的燃料,而天然气掺氢发动机是氢能在发动机上应用最具可行性的方式之一。开展天然气掺氢发动机的性能试验研究具有较高的学术价值。本文受到了国家自然科学基金资助项目发动机燃用低热值掺氢混合气体燃料的基础研究（项目编号50676008）的支持。本文在WT615型电控多缸天然气发动机的基础上,提出了天然气掺氢发动机的改型设计方案。分析了天然气掺氢发动机电控单元的控制策略,并开发了天然气和氢气燃料双喷射控制软件。研究了贝叶斯网络推理理论在故障诊断策略中的应用,并完成了电控单元故障检测模块的软件开发。本文在ZS1100M-CNG型单缸机上开展了天然气掺氢发动机性能试验研究。采用正交试验方法,研究了在一定范围内的掺氢比、节气门开度等因素对发动机动力性,经济性和排放性的影响。同时又分别对过量空气系数和点火提前角对发动机性能的影响进行了试验研究。试验结果表明,在15%-25%的掺氢比范围内,随着掺氢比的增大,发动机动力性提高;经济性也得以改善;HC、CO和CO₂的排放量降低,NOx排放量升高。掺氢可以扩展天然气发动机的稀燃极限。采用稀燃和推迟点火提前角的方法可以在保证发动机热效率的前提下,使NOx排放量显著降低。