本文主要研究了12V190型涡轮增压天然气发动机的仿真优化以及性能提高。通过对国内外天然气发动机发展现状的分析,对12V190气体发动机的性能提升做了初步分析,对所能达到的BMEP和热效率做了估计,同时也论证了性能提高的可行性。胜动12V190最初使用普通火花塞点火,发动机功率的提高会带来爆震以及热负荷过高等问题,因此提出使用预燃室式火花塞来提高稀燃极限,降低爆震倾向和燃烧温度,以此来提高发动机功率。通过试验证明预燃室火花塞的使用有利于缸内火焰传播、提高稀燃极限,并能在一定程度上提高发动机功率。针对使用预燃室火花塞的新机型,采用GT-Power仿真软件,对整个发动机的热力学循环过程进行计算,通过对计算结果的分析,认为重新匹配涡轮增压器能够进一步提高发动机功率,并预测了重新选用涡轮后的发动机的整体性能。用试验验证增压方案的效果,对试验数据和预测结果的差异进行分析,论证方案切实可行。之后针对新的增压方案,使用ModeFrontier优化软件对排气管结构参数做多目标优化,得到最优设计参数。此外,使用多目标优化的方法优化凸轮型线方程,提高气阀丰满度,使发动机充气效率提高。发动机功率进一步提高时爆震成为功率继续提高的障碍。为了进一步提高发动机的性能(BMEP达到1.8MPa),在预燃室式火花塞机型的基础上,提出通过Miller循环,降低有效压缩比的方法来抑制爆震,从而提高发动机功率。由于使用Miller循环会对充气效率造成不良影响,需要重新确定增压匹配方案才能提高发动机功率,因此建立控制模块,在固定BMEP的情况下使用PID控制来调节涡轮喷嘴环面积来达到匹配涡轮增压器的效果。先通过单缸机模型分析Miller循环的效果,计算结果表明Miller循环的使用令爆震倾向降低,以单缸机计算结果为参考,应用在12缸完整模型中,计算结果表明推迟进气阀关闭时刻和延长气阀重叠期都能够降低爆震倾向,最终综合考虑确定Miller循环方案。通过本文的研究,12V190型天然气发动机的整体性能得到了极大地提高。