柴油机由于其高热效率和良好的燃油经济性得到了广泛应用，但其NOX排放量高，造成大气污染，危害人体健康。废气再循环技术（EGR）是目前公认的降低柴油机NOX排放污染物的有效手段之一。然而，EGR系统降低NOX的排放是以牺牲发动机的经济性和动力性为代价，为了兼顾发动机的经济和动力性能，无法单一追求高EGR率，而是应该优化EGR系统分布均匀性，同时通过柴油机喷油系统相关参数的优化来保证其经济和动力性能。本研究从柴油机机内净化技术着手，基于仿真技术和试验研究，进行了柴油机EGR系统的匹配与优化设计。首先，研究建立目标柴油机GT-power模型并进行燃烧模型校准，为EGR系统的匹配与优化提供入口边界条件。基于目标柴油机的NOX排放控制需求，为其设计EGR系统，基于三维流体分析软件Fluent进行EGR管路取气效率和进气歧管中的废气分布均匀性优化设计。其次，通过一维数值模拟软件GT-power按照十三工况法评估柴油机在匹配EGR系统后的动力性和经济性能。并通过台架试验获取柴油机在A100、B100、B75、C100四个排放高分担率工况的NOX排放、Soot排放和燃油消耗率数据。试验结果显示，通过调整各工况下的EGR率可以使柴油机NOX排放达到国Ⅳ标准，但是在进行EGR后，部分工况条件下的动力性和经济性有待提升。再次，实施柴油机喷油器硬件参数和喷油控制参数的优化措施来弥补EGR系统对柴油机动力性和经济性造成的损失。基于三维燃烧模拟软件KIVA分析DOE设计的不同目标参数的组合，得出各组合条件下的柴油机排放性能及经济性能。最后，通过分析仿真数据，获取四个目标工况点最优化的喷油器结构参数和喷油控制参数方案。给出使得目标柴油机NOX排放达到国Ⅳ标准的EGR方案和喷油器结构参数与控制参数，并通过GT-power模型验证了优化参数后的柴油机动力性能。计算结果显示，通过研究中一系列的设计与优化，柴油机可以在保证动力性与经济性的前提下满足NOX排放达到国Ⅳ标准。