随着石油资源危机日益加剧和排放法规的要求不断提高,寻找清洁的代用燃料成为内燃机研究的重要课题。在众多清洁代用燃料中,天然气因其储量大,具有良好的排放性和经济性成为最具有潜力的发动机代用燃料。研究天然气在发动机缸内的燃烧过程和排放特性对于天然气发动机的设计具有指导意义。本文首先利用化学动力学分析软件CHEMKIN中的SI Engine Zonal Simulator反应器模型建立了以DFMA 15为原型的一维气缸模型,选取天然气详细反应机理GRI₃.0作为简化对象,研究了甲烷空气燃烧的化学反应过程,根据主要组分分析、敏感性分析和反应路径分析的方法得出了燃烧进程中对反应速率和生成物影响较大的中间产物和甲烷反应的路径。得到了27种物质84个反应式的甲烷反应的简化机理。为了更深入的研究天然气在缸内的燃烧过程,本文还基于DFMA 15发动机建立了三维仿真几何模型,利用三维流体软件CONVERGE嵌入简化的天然气反应机理,对天然气的缸内燃烧过程进行了模拟计算。分别计算了不同点火提前角、不同混合气浓度（本文用当量燃空比表示）和不同转速时天然气的燃烧过程。在此基础上分析了不同参数对天然气缸内燃烧特性的影响,得出随点火提前角和当量燃空比的变化缸内压力、温度和放热率的变化曲线,并且使不同转速时最大爆发压力出现在上止点后8°CA左右内的最佳点火提前角。在前述仿真的基础上分别分析了不同混合气浓度、不同点火提前角和不同转速时排放物NO_x、CO和HC的生成规律。