在保护生态环境、能源危机与国家颁布的排放法规愈加严苛这一背景下,汽车行业受到越来越大的压力。而天然气作为非常有潜力的替代燃料应用在柴油机上可以满足严苛的排放法规,并能够缓解环境和能源压力。本文通过搭建的天然气/柴油双燃料（CD-DF）发动机试验台架,开展了在不同工况下不同替代率和EGR率的初步试验,并构建一维和三维仿真模型。通过仿真模拟手段研究不同气门策略、燃烧室结构、不同进气组分、EGR及喷油策略对CD-DF发动机燃烧和排放及能量流向的影响规律,同时探寻提升CD-DF发动机小负荷工况燃烧稳定性、有效热效率和降低HC、CO排放的有效途径,探索抑制大负荷工况爆震倾向、实现高效、清洁燃烧的技术手段。针对小负荷工况下的不同热氛围,采用负气门重叠策略时,随负气门重叠角度增大,内部EGR率增大,CA50后移,最大压力升高率（MPRR）降低,缸压峰值降低,有效热效率先升后降,并显著降低NOx排放;负气门重叠角度为51°CA时,有效热效率达到最大。采用进气门二次开启策略时,随进气门二次开启时刻提前,内部EGR率先降后升,CA50先前移后后移,MPRR、缸压峰值、NOx排放和有效热效率先升后降;在进气门二次开启时刻为140°CA ATDC时,此时NOx排放降低至国Ⅵ排放限值。采用排气门二次开启策略时,随排气门二次开启时刻推迟,CA50前移,MPRR升高,NOx排放先降后升,有效热效率先升后降。三种气门策略中在NOx排放水平相当时,负气门重叠策略具有最高的有效热效率。相同预喷策略下,随预燃室容积增大,缸压峰值降低,MPRR降低;当预喷油量为10%时,随预燃室容积增大,NO和CO排放降低,CH4排放升高,预.喷油量增大后,CH4和CO排放降低,NO排放小幅升高。采用偏置预燃室时,在其他策略均相同的情况下,MPRR降低,CH4和CO排放减少,NO排放相当。针对小负荷工况下的不同进气氛围,掺混氢气或氧气时,缸内OH活性自由基和温度场分布变化趋势相同,且在相同掺混比例时,掺混氢气时OH活性自由基浓度大于掺混氧气的,高温区域面积也大于掺混氧气时。掺混氢气时,在各个EGR率下,当掺氢比大于5%时,MPRR过大,对发动机的冲击过大,考虑到限制MPRR和缸压峰值,因此掺氢比不宜过高。掺混氧气时,相同EGR率下,随掺氧比增大,缸压峰值和MPRR升高,但与掺氢时相比其升高幅度较小,由此得出掺混氢气（无碳燃.料）相比氧气对改善缸内燃烧的作用更加显著。对于排放而言,随掺氢比增大,CH4排放先降后升,而NOx排放先升后降,均在掺氢比为5%时达到极值,CO排放升高;随掺氧比增大,CH4和CO排放不断降低,NOx排.放量升高。与掺混同比例的氢气相比,掺混氧气时的CH4排放较高,NOx排放较低。基于8%掺混比例,推迟主喷策略与原主喷定时相比,掺混氢气时考虑限制MPRR,适当推迟主喷（-4°CA ATDC）可显著降低MPRR;掺混氧气时考虑限制NOx排放,采用推迟主.喷策略均可实现显著降低NO排放。与单次喷射相比,掺混氢气并采用预喷策略后,受MPRR的限制,主喷定时不宜过早;掺混氧气并采用预喷策略后,能提升缸压峰值并使得CH4排放进一步降低。针对大负荷工况,固定预喷策略和50%替代率下,四种不同EGR率时,随进气门推迟晚关角度增大,缸压峰值降低,MPRR升高,CH4和CO排放大幅降低。与无进气门晚关和预喷策略时相比,固定预喷策略和50%替代率下,进气门推迟晚关角度为10°CA时能大幅降低MPRR,且随EGR率升高MPRR变化幅度较小。