涡轮增压技术由于具有改善汽车发动机尾气排放污染、提高发动机的功率和重量比、降低燃油消耗和发动机噪音等优点,目前已经广泛应用于车用柴油机上。随着柴油技术日益发展和广泛应用,人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放,柴油机已成为解决汽车能源问题和排放问题最现实和最可靠的手段之一。由于传统单级涡轮增压方式的固有特性,其难以同时兼顾柴油机高、低速工况运行的要求。采用两级涡轮增压时,高压级涡轮损失的部分排气能量可以在低压级中回收,增压器总效率比单级的高；两级增压器使柴油机工作范围得到拓展；高压级匹配较小的增压器,能够改善发动机低速扭矩和瞬态响应特性。虽然两级增压发动机应用前景很好,但是对其增压系统的匹配和控制一直是研究的重点和难点。本文应用发动机一维性能仿真软件GT-Power建立了某重型单级涡轮增压柴油机仿真模型,并将模型仿真数据与台架试验数据进行校核,使校准后的计算模型满足精度要求,然后根据性能开发目标为原机设计了两级串联式涡轮增压系统,并利用GT-power建立了两级增压系统的计算模型,在该模型的基础上为发动机匹配了两级增压系统。本文采用的匹配方法为：选取低速外特性转速1100r/min为高压级增压器匹配点,低压级旁通；外特性转速2200r/min为低压级增压器匹配点,高压级旁通；根据发动机各转速工况下的性能目标估算各级增压器的流通特性,然后从模型库中初选高／低压级增压器,一一组合后将MAP代入模型中计算,最终选择了三组综合性能较优的增压系统。在匹配优化过程中,本文详细研究了两级增压系统的控制策略及高／低压级压比分配规律,得到了三组增压系统的进气旁通阀开、关的分界转速,分析了高低压级压比分配对发动机性能的影响,确定了发动机外特性工况点的最佳压比。论文最后对两级增压发动机的稳态和定转速变负荷下的瞬态性能进行了分析。研究结果表明：匹配后的发动机扭矩达到目标,1400r/min～2200r/min范围内发动机燃油经济性比较好；由于高压级增压器匹配不够理想,增压器效率较低,仅70%左右,发动机部分低转速比油耗略高于限值,而低压级增压器效率均为75%以上,该级匹配较好；高压级涡前排气温度不超过950K。若以发动机稳态性能为评价原则,方案一为最佳匹配方案,而方案二的瞬态性能最好,其低速扭矩响应时间比其他方案缩短了8%左右。和原单级增压发动机相比,两级增压发动机具有更好的低速瞬态响应性能,在1300r/min时,增压压力建立时间缩短了6.5%；达到相同空燃比时所用时间缩短了8.7%,达到扭矩值1000N·m时响应时间改善了5.3%,涡轮机响应速度提升25%左右。匹配后的两级增压发动机性能基本达到优化要求,本文所用的方法可在实际工程运用中为发动机增压系统的设计与优化提供一定参考。