船舶发动机是航运领域的主要动力装置,在促进航运和经济的同时,也造成了严重的环境污染。为了控制船舶造成的污染物排放,国际海事组织制定了的严格的船舶污染物排放法规。通过缸内控制燃烧和后处理技术可以有效的降低污染物排放。由于天然气储量丰富、能量密度高、价格低且排放性好等特性,使其成为最佳理想的发动机替代燃料。近年来,随着双燃料发动机的不断发展,柴油-天然气双燃料发动机的越来越被人们重视。优化双燃料发动机,使其拥有更高的燃烧效率,更好的排放性成为近年来研究的热点。本文以MAN 8L51/60DF船用中速四冲程双燃料发动机为研究对象,使用米勒循环与喷射策略优化双燃料发动机低负荷工况运行时的燃烧与排放性能。使用AVL-BOOST软件建立双燃料发动机燃气模式下的一维仿真模型。模型经过合理的假设,结合了 Vibe双区模型与外部混合预测模型,建立了双燃料发动机燃气模式全负荷仿真模型。模型根据发动机出厂验收报告进行验证,参数误差在3%以内。在一维仿真中,分析了增压压力、进气门关闭时刻、压缩比对功率、油耗率、NOx排放以及爆发压力的影响。结果表明,单独增大增压压力与压缩比会提高燃烧效率,与此同时会造成NOx排放物的增加。进气门关闭时刻提前可以有效的降低排放,同时也会牺牲燃油经济性与功率。所以合理的设定三个参数以获得更低的排放与更高的燃烧效率。在此基础上研究米勒循环对发动机在低负荷工况运行时的性能与排放的改善。以此为理论基础,控制增压压力、进气门关闭时刻、压缩比的变化范围在±10%,建立了响应曲面模型,对低负荷使用响应曲面设计方法进行了米勒循环多目标优化。为了研究低负荷工况下预喷策略对发动机燃烧排放的影响规律,创造性的解决了-维软件AVL-BOOST不能同时进行两种燃料混合问题。在一维仿真的基础上,使用三维CONVERGE软件,结合基于详细化学反应机理的SAGE模型,耦合详细化学反应机理,建立了燃气模式的三维仿真模型。模型使用一维提供边界条件,采用一维仿真结果与验收报告进行校正,三维仿真模型缸压与一维仿真模型缸压有着很好的一致性,NOx排放与爆发压力与验收报告误差在合理范围内。模型还引入了爆震指数,分析了缸内8个监测点的压力震荡。在三维仿真中,分析了不同喷油正时对发动机燃烧模式以及排放性的影响。结果表明,随着喷油正时的提前,双燃料发动机的燃烧模式从柴油压燃模式转变为两阶段自燃模式。爆震指数在喷油正时提前到一定程度上呈现波动的规律。在此基础上研究了预喷正时与预喷比例对燃烧和排放的影响,结果显示在一定范围内提高预喷比例与提前预喷正时可以有效的降低排放并降低爆震指数。以此为理论基础,大幅度改变预喷正时与对应的预喷比例,建立了预喷策略响应曲面模型。对发动机在低负荷工况运行时,使用响应曲面设计方法进行了预喷策略多目标优化。在进行多目标优化时,以更低NOx排放为主要目标,以不牺牲燃油经济性为前提。一维仿真研究表明,当改变增压压力、压缩比和进气门关闭时刻分别改变+9.83%,+0.17%及和-6.04%时,功率、油耗率、NOx排放和爆发压力分别改变了+0.55%、-0.60%、-13.21%和-1.51%。三维仿真结果表明,当预喷比例为0.7863,预喷正时为上止点前44.44°时,功率、油耗率、NOx排放、爆发压力和爆震指数分别改变了+1.34%、-1.32%、-79.82%、+2.52%和-54.85%。