伴随着柴油机增压技术的逐渐发展，传统增压方式由于提供的增压比有限及低工况性能较差，使其逐渐不能满足柴油机对高平均有效压力和全工况范围内拥有优良性能的追求。目前，针对传统增压方式的缺点已开发出了多种增压系统，其中相继增压系统在船用柴油机领域中最具代表性，实践证明相继增压系统可以有效改善柴油机的低负荷特性，而单级相继增压却无法为柴油机提供高的增压比。本文所设计的二级相继增压系统既可以为柴油机提供高的增压比，又可以较好地改善柴油机的低工况性能。通过将原机的单级相继增压系统改造为二级相继增压系统，来实现将原机的功率提高30%。根据功率强化目标，对柴油机在匹配点所需的燃油量、空气量及进气压力等进行了估算。根据估算结果，为二级相继增压系统选取了高、低压级增压器，并将柴油机和二级相继增压系统联合运行，验证所选取的增压器是合适的。根据TBD234V12柴油机的结构参数，利用GT-Power软件建立了原机单级相继增压的稳态仿真模型，并将仿真计算结果同试验数据进行了对比，验证了模型的正确性。在柴油机单级相继增压模型的基础上，建立了TBD234V12柴油机二级相继增压的稳态仿真模型，通过优化柴油机的压缩比、供油提前角、气门重叠角和空气冷却方式，降低了柴油机的机械负荷和热负荷，将优化后柴油机的仿真计算结果同原机进行了对比，分析了采用二级相继增压系统后柴油机的动力性、经济性及其他性能参数的变化，并根据增压器的效率和柴油机的燃油经济性等因素，选择了二级相继增压系统的切换点。在TBD234V12柴油机二级相继增压稳态模型的基础上，利用GT-Power软件建立了二级相继增压的瞬态仿真模型，经过仿真计算，确定了二级相继增压系统的切入和切出过程最佳的切换延时。同时，在不改变切换延时的条件下，通过改变增压器转动惯量的大小，分析了转动惯量对瞬态切换过程的影响，得出了增压器瞬态响应速度和切换延时随转动惯量的变化规律。