经过长达一个多世纪的发展,船用柴油机技术已趋完善,但能源与环境问题日益严峻,提高船用柴油机的经济性和减少排放成为重要的发展方向,长行程及超长行程低速机成为船用柴油机发展的一种趋势。超长行程低速机相对于四冲程柴油机在物理结构以及换气过程方面有较大不同,而超长行程低速机仿真建模的难点就在于换气过程,因此,超长行程低速机换气过程的仿真及配气性能优化研究具有重要的意义。为了超长行程低速机换气过程的仿真,本文首先分析了目前在柴油机换气过程建模常用的完全混合理论、完全分层理论以及“混合-分层”理论。为了选择出最适用于二冲程柴油机换气过程建模的理论,在Matlab/Simulink平台上对三种模型进行了建模,通过仿真结果进行分析发现,完全混合模型以及完全分层模型的误差较大,而“混合-分层”模型中,若合理选择比例系数,可保证误差在允许范围内。在确定“混合-分层”为二冲程柴油机换气过程最适用的理论后,将该理论应用于7G80ME-C超长行程低速柴油机,并对三种模型进行了对比分析。研究了100%负荷下“混合-分层”模型中比例系数对扫气特性的影响,并得到了柴油机其他运行工况的比例系数及仿真结果。由于该机型采用液压配气机构,本文对100%负荷下排气阀关闭时刻进行了优化研究,对排气阀最大升程、扫气正时进行了单一因素的优化研究。最后,对排气正时、扫气正时以及排气阀最大升程进行了三因素正交试验优化研究。本文采用的“混合-分层”理论建立的换气过程模型,可以精确模拟船用超长行程直流扫气二冲程柴油机的换气过程,并结合实验数据预测二冲程柴油机扫气过程的特性参数,并且排气阀关闭时刻适当提前可提升换气效果。本文的工作为后续低速机整机建模提供基础,具有重要的学术价值和广阔的应用前景。