柴油机作为一种动力机械在船舶推进领域一直扮演着极其重要的角色,它具有启动迅速、稳定性高、经济性好、可靠性强等一系列优点。船舶行业在近年来得到迅速的发展,随之而来的是船舶排放污染的问题。在全世界范围内,船舶动力装置在运行过程中排放产生的污染物是大气污染的一个极其重要的组成部分。为了改善大气污染问题,国家多次提出新的排放法规,传统的测试方法也难以满足新的要求,尤其对于船舶动力装置的排放监测方面,如何实现针对于船舶动力装置运行中的高精度、高动态响应的实时在线测量成为一个急需解决的问题。本文利用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)对船用柴油机的排放开展测试,该技术可以实现对船用柴油机排放的快速、非接触、高精度的实时在线测量。首先对TDLAS技术进行了简单介绍,并根据光谱吸收理论以及比尔-朗伯定律等对TDLAS技术的测量方法和测量原理进行了分析。然后通过Simulink软件进行仿真分析,选择H2O为目标气体,建立了温度测量模型和浓度测量模型,分别改变气体浓度、测量温度、压强、光程等因素,分析研究了多种环境因素对测量结果产生的影响,并且针对气体吸收分子谱线对的选取原则进行了说明和验证。在柴油机上开展实验时,柴油机运行工况的变化会导致温度、压强等多种环境因素的变化,通过仿真分析,成功为实验的开展做了铺垫。后续首先开展了稳态环境下的测量实验,利用吸收气室作为吸收环境进行测试,将所得结果与传感器测量结果进行对比,得到温度的测量相对误差在3%左右,浓度相对误差为9%左右,验证了该技术在船舶动力装置排放测试中的可行性。之后自主搭建了柴油机排放测试实验台,在YC6K420LN-C31型双燃料船用发动机上设计了排气温度和H2O浓度的实验系统,在柴油机不同运行工况下开展测试,分别利用直接测量和波长调制法进行排气温度的测量,得到的直接测量法的测量结果与温度传感器相对误差在4%-5%之间,波长调制法的测量相对误差为3%左右,后者的测量精度明显高于直接测量法。通过测量结果对比两者的优缺点,为工程中的测量提供参考。然后进行了柴油机变工况运行下的排放测试,分别研究了在不同转速、不同功率下的柴油机排放H2O浓度值,根据测量结果得到了柴油机的燃烧特性和排放特性,并结合柴油机运行时的供油、进气等情况对测得的H2O浓度变化进行原因的分析。通过本次开展的研究工作,验证了基于TDLAS技术的船用柴油机排放测试能够满足精度高、实时性好、响应速度快等要求,可为船舶柴油机的故障诊断、智能控制、优化燃烧、提高性能提供有力支撑。