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面对严格的排放法规和石油资源不可再生的现实，低温燃烧概念作为最具潜力的高效清洁燃烧模式备受重视。本文以两级增压系统为研究核心，以节能减排为目标，通过数值模拟和试验相结合的方式，在柴油机全工况范围内，对两级增压器参数优化匹配过程和控制调节方法进行了深入研究，最终实现了对燃烧过程的优化。两级增压器参数优化匹配计算过程主要分为两部分：(1)在无增压器MAP时，本文利用JTK估算模型对两级增压器的进气流量、增压压力、涡轮流通截面等关键匹配参数进行估算。同时，通过推导两级增压系统压气机和涡轮能量平衡关系式，总结出一种两级增压器关键参数优选方法，并提出两级增压器增压比和膨胀比最优分配原则（①两级增压比相等原则；②两级涡轮耗能最小原则）。之后以低速满负荷工况点为匹配基准，确定两级涡轮几何流通截面的优选原则，并以此提供增压器选型。(2)增压系统选型后，本文建立了混合燃烧系统热力学模型，并以提高柴油机各工况热效率为目标，深入分析喷油定时、喷油量、EGR率、采用不同EGR系统、进气门关闭时刻（IVCT）、旁通阀和背压阀开度对两级增压系统运行规律的影响，提出两级增压器在各工况的优化调节方法，为后续具体试验工作时，优化燃烧方案提供了思路和依据。在柴油机高速工况，本文对比开启涡端和压端旁通阀两种“放气”方式。由计算和试验结果表明，将进气压力放气至相等的情况下，采用涡端放气时，涡前压力更低，排气与进气之间压力差值更小，柴油机有效热效率更高。要在全工况范围内实现高效清洁燃烧过程，优化协调喷油策略与增压技术、IVCA技术、EGR技术，合理组织缸内状态参数是其关键。经试验证明，保持喷油策略和EGR率不变的情况下，使用IVCA机构之后，能降低进气流量，这将有助于减小涡前压力。通过调整进气门晚关机构与两级增压系统匹配关系，能实现降低NOx和Soot排放和提高热效率的目标。同时，通过对比LP-EGR系统和HP-EGR系统对增压系统运行规律的影响，得出结论，在相同EGR率条件下，对比两种EGR系统，NOx排放几乎相等。然而Soot排放在不同转速时，展示出不同的规律。合理选择EGR回路与增压系统的优化匹配，是实现高效清洁燃烧的可靠保障。