排放法规的日益严格促使各大船用主机厂商纷纷研发船用天然气发动机技术,对于国内而言,船用天然气发动机研究主要集中在软硬件设计开发及其优化方面,对于发动机性能的研究尚处于初步探索阶段,因此,对船用天然气发动机电控系统设计开发,并通过实验研究主要控制参数对发动机性能的影响规律,对于提高发动机动力性和经济性、降低排放具有较高的学术价值和工程应用价值。本文以玉柴YC6K400LN-C30天然气发动机为原型机,加装一套多点燃气喷射系统,重新设计开发船用天然气发动机控制器,完成了硬件设计、基础软件设计以及控制策略开发,并完成了控制器软硬件联调。在此基础上,进行了船用天然气发动机单点和多点喷射系统开环标定实验,根据实验结果得到控制策略所需要的MAP图,并对发动机在所选工况点下的稳态性能进行了实验研究。实验结果表明,转速稳态波动率最大不超过0.89%,过量空气系数稳态波动率不超过1%,满足性能实验研究需求。发动机处于低负荷中低转速,经济性较差,排放较高,因此,本文在开环标定实验和稳态性能验证的基础上选定三个低负荷低转速的工况点,采用控制变量法研究点火正时、喷射正时和过量空气系数对发动机燃烧特性、经济性和排放性能的影响,进而为优化船用天然气发动机控制器提供理论依据。在中低转速低负荷工况点下,发动机单点喷射系统性能实验结果表明:随着点火正时前移,缸内最大燃烧压力增加,燃烧始点前移,燃烧持续期变化幅度不大,此时比气耗先增加后减小,CH₄排放和CO排放呈现逐渐减小的趋势,NO_x排放逐渐增加。随着过量空气系数增加,缸内最大燃烧压力减小,燃烧始点后移,燃烧持续期明显延长,与此同时比气耗先减小后增加,而CH₄排放和CO排放呈现先降低后升高、NO_x排放呈现先增加后减小的趋势。在中低转速低负荷工况点下,发动机多点喷射系统性能实验结果表明:随着点火正时和过量空气系数的改变,燃烧特性、经济性和排放性能的变化趋势与单点喷射系统基本一致;随着喷射正时后移,缸内最大燃烧压力逐渐升高,燃烧始点前移,燃烧持续期变化范围不大,整体呈现先延长后减小的变化趋势,比气耗先减少后增加。CH₄和CO变化趋势类似,随着喷射正时后移,其排放量逐渐减少,NO_x排放与之相反。