伴随全球气候变暖以及航运业的发展，船用柴油机技术需要在满足日益严苛排放法规同时改善经济性。高效清洁燃烧技术是提高热效率和降低燃油消耗最直接有效的手段，本文采用三维数值模拟研究方法，开展了满足TierⅢ排放法规的船用柴油机高经济性技术路线研究，研究结果对于开发高效低排二冲程船用柴油机具有重要的参考价值。
　　本文首先建立船用柴油机三维CFD计算模型，基于模型研究喷油器参数对柴油机燃烧和排放的影响。结果表明，增加油束水平夹角、油束水平旋转角度、油束竖直旋转角度或喷油压力，可以大幅优化经济性与NOx排放特性两者之一；增加喷孔直径可同时优化指示燃油消耗率和NOx排放。在确定喷油器各参数优化范围后，利用微种群遗传算法开展多喷油器参数综合优化，结果显示NOx排放可降低29.91%，指示燃油消耗率仅上升0.74%。
　　在此基础上，为实现同时降低排放与燃油消耗率的目标，对多喷油器喷油策略进行优化，发现喷油时刻提前可降低燃油消耗率；喷油器顺序喷射对柴油机的综合性能无明显提升；预喷间隔、预喷比例可在一定范围内同时改善指示燃油消耗率和NOx排放。在不牺牲经济性前提下，三次喷射可较大幅度降低NOx排放；而在控制NOx排放条件下，预喷射可提高经济性。综合考虑，预喷间隔为10℃A，预喷比例为10%时的两次喷射结果最优，指示燃油消耗率可降低1.69%，且NOx排放降低10.81%。
　　为满足TierⅢ排放法规及实现最优经济性，研究了增压、提高几何压缩比和排气阀晚关对船用柴油机燃烧和排放的影响，发现提高增压压力或通过余隙容积和行程调整压缩比可实现排放特性与经济性的同时改善；通过余隙容积调整压缩比对发动机性能影响不明显；排气阀晚关显著优化NOx排放但会牺牲经济性；采用增压技术和提高压缩比可实现58.68%的指示热效率。在此基础上采用排气阀晚关和SCR后处理技术降低NOx排放至TierⅢ排放法规限值后，发现0.8MPa进气压力下采用压缩比为30和SCR后处理技术时的综合经济性最佳，总成本较原机可下降14.32%。