设计开发了应用在船用V型柴油机上的大小增压器相继增压系统，并通过试验研究了该型柴油机采用大小增压器进行三区相继增压后的稳态匹配规律与切换控制策略。研究表明，该型柴油机采用大小增压器相继增压系统具有很大的优越性和可行性。以TBD234V12常规增压柴油机为基础，选配了合适的大小涡轮增压器、设计了进排气管路与控制系统，完成了柴油机采用大小增压器相继增压系统试验台的设计与搭建。应用GT-Power软件对所选涡轮增压器的匹配性能进行了计算研究，计算研究表明，所选的两台大小不同增压器与柴油机的匹配性能优良，采用大小增压器三区相继增压，可以显著改善柴油机燃油经济性、降低热负荷。根据柴油机及试验台的空间布置，设计了两种不同形式的排气连通管，应用CFD软件建立了其计算模型并进行了模拟计算，通过分析不同增压状态下的流场分布，确定了最终的排气连通管设计方案。设计了基于PLC的大小增压器相继增压控制系统，以西门子S7-300系列PLC为核心构建控制系统的硬件配置，采用STEP7软件编写了柴油机大小增压器相继增压系统的控制程序，其主要控制参数为切换转速和切换延迟。用组态王（KingView）软件设计了控制系统的监控界面。对设计的控制系统调试运行表明，基于PLC的柴油机大小增压器相继增压控制系统安全可靠。在采用大小增压器相继增压的柴油机上进行了标准螺旋桨特性和负荷特性的稳态性能试验，并且绘制出了柴油机万有特性曲线。依据燃油经济性最优的原则，确定了柴油机的稳态切换规律。与原机试验结果的对比表明，当柴油机按标准螺旋桨特性运行时，采用大小增压器相继增压可有效改善柴油机经济性，涡前排气温度也明显低于原机。通过与原机万有特性试验结果对比表明，柴油机采用大小增压器三区相继增压可以扩大柴油机运行范围，改善柴油机低速大负荷性能。当柴油机按标准螺旋桨特性运行时，对大小增压器相继增压系统进行了瞬态切换过程的试验研究，通过对不种切换延迟时间试验结果的研究，确定了各个切换过程的切换控制策略。研究表明：过短或者过长的切换延迟都会对增压器和柴油机的运行带来不良影响，选择合理的切换延迟时间可以有效改善切换过程中柴油机的瞬态性能。