汽车工业的飞速发展给人们的生活带来极大便利的同时,也造成了严重的环境污染,节能减排是当今汽车行业面临的一项紧迫任务。对于重型柴油机,由于排放法规和燃油耗法规的加严,传统的单级增压已经无法满足发动机对于进气量的需求,增压系统朝着高增压的方向发展。二级增压系统可以实现的增压比高、压比灵活可调、流量范围宽,是重型柴油机实现高增压的有效手段。发动机采用二级增压系统后,进气量和空燃比得到大幅提升,有效的改善了发动机的燃烧状况,同时为大比例EGR的引入创造了条件。电控燃油喷射系统可以独立的控制喷油正时、喷油压力等喷油参数,实现理想的喷油规律,对于进一步优化二级增压发动机燃烧与排放性能具有重要的作用。本文以某车用重型二级增压柴油机为样机,利用GT-power软件建立一维仿真模型。首先研究了涡轮旁通阀开度对二级增压压比分配、总压比及增压器效率的影响规律。结果表明:不同工况下随着涡轮旁通阀开度的增加,高压级压比降低,低压级压比升高,总压比下降。并且存在一个合适的旁通阀开度,使得高低压级压气机均处于高效率区。其次,针对采用二级增压系统后EGR引入较难的问题,根据台架试验数据,设计了基于文丘里管的EGR系统。并以实现较高EGR率、较低油耗率,同时满足充足进气量为原则,对文丘里管的尺寸与结构进行仿真优化,确定出适合二级增压系统采用并联式文丘里管的EGR系统结构参数。利用AVL-Fire的ESE-diesel模块建立二级增压三维仿真模型,并以GT-power一维仿真结果作为三维仿真的初始条件,进行了二级增压柴油机的模拟仿真计算分析。利用单因素方法计算分析了进气及喷油参数对发动机混合气形成、燃烧过程、燃油经济性及排放污染物生成历程的影响规律。结果表明:(1)在二级增压系统的进气压力调节范围内(1.8-2.7bar),随着进气压力增加,空燃比增大,发动机燃油消耗率和soot排放降低,但由于含氧量增加使得NO比排放增加。(2)在二级增压的进气条件下,降低进气温度可以进一步提高进气量,可以同时改善二级增压发动机的燃油经济性、NO和soot排放。(3)随着EGR率增加,二级增压发动机缸压峰值和最高燃烧温度降低,燃烧持续期明显延长,NO排放显著降低,但油耗率和soot排放增加。同时,相比常规增压,提高进气压力可以使发动机在更宽广的EGR率范围内保持良好的动力性、经济性和排放性。(4)提高喷油压力可以改善二级增压柴油机EGR引入较高时soot排放量增加的问题,但会使NO排放稍有增加。同时对比不同进气压力下喷油压力对油耗率、指示扭矩和soot排放的影响程度,结果表明提高进气压力在一定程度上可以降低发动机对于高喷油压力的需求。(5)随着主喷定时提前,二级增压发动机缸压峰值明显升高,缸压峰值对应的曲轴转角提前,放热率峰值略有升高。喷油提前可以改善soot排放,但会使NO排放增加,且存在一个最佳的主喷定时10°CA BTDC,使得油耗率最低。(6)当后喷燃油量占总喷油量的比例在0-20%范围内,采用后喷可以同时降低二级增压发动机的NO和soot排放。后喷量继续增加,soot排放稍有增加,而燃油经济性显著恶化。最后,基于单因素仿真计算结果,利用AVL-Fire三维仿真分析平台,以NO、soot比排放和有效燃油消耗率为响应指标,利用多因素耦合正交试验设计方法确定二级增压柴油机的进气及喷油参数最佳匹配策略。结果表明,在本研究所选取的因素及水平范围内,对于燃油消耗率,主喷定时是最主要的影响因素;对于NO排放,EGR是最主要的影响因素;对于soot排放,喷油压力是最主要的影响因素。利用多指标综合平衡法确定出进气及喷油参数的最佳组合为:EGR率30%、进气压力2.4bar、进气温度350K、喷油压力140MPa、主喷定时10°CA BTDC、后喷量2mg。相比原机采用的边界条件,采用二级增压系统及喷油策略优化后的进气及喷油参数的组合,油耗率降低5.3%、NO降低54.6%、soot降低78%。