随着排放法规的日益严格,仅凭柴油机技术已经无法满足IMO TierⅢ排放要求,这时天然气以其优秀的排放特性在船舶领域受到广泛关注。在低速机市场,温特图尔公司的X-DF系列双燃料发动机采用稀薄燃烧技术,不需要任何后处理装置就可以满足IMO TierⅢ排放标准,但是受到爆震特性的限制其做功能力有限,该系列低速双燃料发动机的最大平均有效压力为1.73MPa。本文对该双燃料发动机进行优化,在保证爆震特性、排放特性及效率不恶化的前提下,提升该双燃料发动机的平均有效压力至1.9MPa。本文针对RT-flex50DF双燃料发动机,掌握该发动机的工作特点,使用一维仿真软件GT-Power对其工作过程建立一维仿真模型,并用实验数据对该模型进行标定,使仿真结果与实验数据相符。并使用GT-Power软件中的爆震模块对发动机燃气模式的爆震特性进行预测,探究负荷、燃烧室温度、几何压缩比、过量空气系数及着火提前角对爆震特性的影响,总结改善爆震特性的有效方法。针对二冲程发动机的工作特点,研究各参数对发动机性能的影响规律,总结提升发动机效率的有效方法。在GT-Power软件中,通过米勒循环技术对7RT-flex50DF提升功率之后的爆震特性进行改善,并根据总结的提升效率的方法,提升几何压缩比,优化发动机效率,得到发动机全负荷米勒循环优化方案。优化后,双燃料发动机的额定功率由10080kW提升至11070kW,且燃气模式的爆震特性不劣于原机,燃气消耗率最大可降低5.25%;燃油模式的NOx排放值最大降低6.3%,燃油消耗率最大可降低3.44%。对采用米勒循环方案优化后的发动机进行可调二级增压系统研究,为低速双燃料发动机匹配二级增压系统,针对低速双燃料发动机不同模式、不同负荷对进气要求的差异,设计可调二级增压系统方案。根据旁通阀设置位置的不同分为高压级涡轮前旁通方案及排气集管旁通方案,比较两种方案下旁通率对增压系统的影响,以及两种方案的调节能力和特点。比较后选择排气集管旁通方案作为可调方案,在该方案下发动机在燃油模式高负荷,燃气模式中高负荷需要打开旁通阀进行调节,此时增压系统高低压级增压器均能保持高效工作且有足够的喘振裕度。可调二级增压双燃料发动机低负荷仍存在缺气的问题,在燃油模式30%负荷以下,燃气模式25%负荷以下,需要开启辅助风机弥补进气不足的问题。