本发明公开了一种基于氨热解装置的直喷天然气发动机系统及其控制方法。该发动机系统包括LNG增压压力调控装置、氨热解装置和氨热解装置电控单元。该控制方法包括燃气供给过程的控制和氨热解装置的控制。氨热解装置实现氨的催化热解将液态氨转化为氨热解气，将其通入高压直喷天然气发动机进气系统并将适量的氨热解气在发动机进气过程供给发动机气缸，优化氨热解气改善缸内燃烧、降低HC排放，满足高排放标准。LNG增压及增压压力调控装置将原始的柱塞泵加压方式改进为内接式齿轮泵和LNG增压压力调控装置的联合应用，根据压力和流量使得高压直喷天然气发动机工作在最佳的LNG增压压力和LNG流量的工况下。