随着能源形势的日益严峻和环境污染问题的日益突出,针对船用柴油机提出的各项法规也越来越严格,促使船用柴油机向着高效率低污染的方向发展,降低船用柴油机排放,同时保证柴油机的动力性和经济性显得十分重要。由于电控高压共轨、米勒循环、废气再循环（EGR）和掺水燃烧技术在降低柴油机NOx排放方面有着巨大的潜力和明显的优势,而且它们均具有低温燃烧的特点,因此本文选择这四项技术以及它们之间相互结合进行研究。找到能够降低该柴油机NOx和Soot排放的有效方法,为船用柴油机节能减排提供有价值的参考。主要研究内容如下:（1）建立具有电控高压共轨、米勒循环（Miller）、废气再循环（EGR）、可变进排气压力的620单缸机多功能试验平台。对单缸柴油机进行电控高压共轨、米勒循环（Miller）、废气再循环（EGR）、可变进排气压力系统设计,搭建单缸机性能试验台,对单缸机燃油系统、滑油系统、冷却水系统及EGR、Miller等各个系统的组成部件进行设计、加工制造和选型。（2）设计并加工不同Miller度的进气凸轮轴,进行米勒循环试验,研究船用柴油机的螺旋桨特性和负荷特性,以及变轨压和喷油提前角对米勒系统船用柴油机燃烧和排放特性的影响;结果表明:米勒循环可以有效的降低柴油机NOx排放浓度,改善柴油机的排放性能,同时燃油消耗率有所下降。得出以排放性经济性为主要评价指标在推进特性工况的最佳米勒度。随着轨压、喷油提前角的增加,最高燃烧压力升高,燃油消耗率下降,排气温度增加,NOx排放浓度升高,Soot含量下降。（3）利用AVL-FIRE和GT-POWER仿真软件分别建立了该柴油机的三维燃烧室模型和一维整机模型,通过与试验数据对比验证了仿真模型的准确性。在此基础上进行了米勒循环的仿真研究,分析其对柴油机燃烧特性和NOx排放的影响。通过仿真计算,柴油机采用米勒循环时,随着米勒度增加,在空燃比不变的情况下,缸内最高燃烧压力下降,最高平均温度降低,滞燃期增加,CA50延后,燃烧持续期缩短,燃烧放热率所受影响十分显著,燃油消耗率降低,经济性得到改善,同时NOx浓度和分布空间减少,排放性得到显著改善,综合经济性和排放性,确定该柴油机的最佳米勒度为M60。在米勒系统柴油机仿真的基础上,研究了进气压力、喷油提前角和进气温度对其性能的影响。（4）利用所建立的仿真平台,进行了 EGR结合米勒循环的仿真研究,随着废气引入量（EGR率）的增大,柴油机的动力性和经济性有所下降,缸内最高温度和最高爆发压力下降,NOx排放量减少,Soot含量有所升高,燃烧起始点延后,滞燃期延长,燃烧持续期延长,燃烧重心后移。EGR率对柴油机性能影响在75%负荷,EGR率为0.2时最为明显,在所建的单缸试验台上进行了柴油机排气再循环（EGR）试验,并将试验数据与仿真结果进行了对比分析,两者变化趋势相同,试验验证了仿真的准确性。在此基础上,研究了米勒循环结合EGR技术对柴油机性能的影响,结果表明,米勒度不变时,EGR率的增加会降低缸内爆压和缸内温度。与此同时,EGR技术对缸内NOx生成量下降效果会因为结合了米勒循环技术而增大。本文通过改变压缩比和喷油提前角进一步优化柴油机性能,通过分析两者结合对柴油机缸内温度、压力及NOx生成等的影响确定了压缩比和喷油提前角。（5）进行了掺水燃烧仿真研究,计算分析了额定工况掺水乳化油和进气道喷水技术对缸内燃烧情况及动力性能、经济性能、排放性能的影响,并采用灰色理论和组合权重法确定了两种燃烧方式的最佳掺水比例,通过对两种掺水燃烧方式的适用范围进行对比分析,选择配制乳化油的方式分析其在变工况下的工作状态和适用性。当柴油机燃用乳化油时,随着掺水量的增加,缸内最高爆发压力、平均温度和尾燃温度均降低,排放降低,通过灰色决策理论分析得到最佳掺水比例为10%,此时功率较原机降低5.68%,折合油耗率降低6.54%,NOx排放量降低36.06%,Soot排放量降低5.99%。当柴油机采用进气道喷水时,最佳喷水流量为0.5kg/h,此时功率较原机升高6.13%,比油耗率降低5.79%,NOx排放量降低45.75%,Soot排放量降低33.34%。