内燃机作为主要动力装置已在世界范围内得到了广泛的应用，在推动社会经济发展的同时也给能源与环境造成越来越大的压力。在全球石油储备日益减少与机动车的尾气排放带来城市空气质量不断恶化的情况下，世界各国都制定了越来越严格的排放法规来限制内燃机的废气污染物的排放，因此，内燃机的高效清洁燃烧一直都是内燃机研究的热点课题。两级增压技术与废气再循环技术是现代柴油机满足日益严格排放法规的重要措施，并被认为是满足美国2010年和欧Ⅵ排放法规最有效的技术路线之一。　　 本研究在一台增压中冷电控高压共轨柴油机上进行。首先对原机单级增压和2套两级增压系统进行性能与排放的试验研究，在此基础上对柴油机的燃烧系统，主要包括燃烧室与喷油器进行了优化。结果表明，相比单级增压，两级增压柴油机的外特性比油耗下降，低速扭矩增加，烟度排放降低，并可明显提高EGR的引入能力；同时高压级压气机流量范围偏高的两级增压系统(2TC(2))在中高负荷时进气流量与空燃比上升，能够显著改善NOx与比油耗以及NOx与烟度之间的trade-off关系；采用低压缩比(CR16.8)、大口径的燃烧室(SF1)不仅可以降低缸内爆发压力，而且在大部分工况下可改善经济性与排放：喷孔流量较大且带锥度的喷油器(S4)有利于改善经济性与大负荷的微粒排放。通过以上研究，最终确定了两级增压系统、燃烧室与喷油器匹配方案。　　 在确定燃烧系统匹配方案的基础上，进行了喷油策略与EGR耦合对柴油机性能和排放影响的试验研究，包括EGR率、预喷参数、主喷定时以及喷油压力等。结果表明：选择合适的预喷参数可同时降低NOx与微粒排放；小负荷主喷定时的选择应以经济性优先，而在大负荷时应优先考虑排放；提高喷油压力可改善各个工况的经济性与中高转速排放性能，但低转速工况烟度排放略有上升。　　 通过对燃烧系统匹配、EGR率和喷油策略进行优化后，ESC测试循环结果表明，优化后的NOx与微粒排放相比原机明显降低，都在国Ⅳ排放限值以下。最终结果表明，在不带后处理的条件下柴油机原机排放达到了国Ⅳ排放标准。