随着排放法规的不断加严,我国内燃机行业在燃油系统、EGR系统和电控系统等方面已经取得了质的飞跃。本文以某12升重型柴油机为研究对象,采用外置EGR技术进行开发和匹配应用,不采用SCR系统,仅用EGR技术,实现国IV发动机开发。通过设计优化手段,选择出最优的三维设计方案,在此基础上利用仿真计算分析,确定合理的设计方案。对于整个EGR系统,优化设计EGR管路、EGR混合器的结构并对EGR阀进行选型,确定EGR系统的最优方案。EGR取气位置选择从123缸混合处和6缸取气;从各缸EGR均匀性、压损及布置空间考虑,EGR混合器结构选择EGR出气管开口方向背向新鲜空气方向,并带有漏孔;选择流通能力大、压力损失小的冷端EGR蝶阀。通过仿真分析计算后对优化的设计方案进行试验验证,试验结果显示优化设计的EGR混合器,即EGR出气管末端形状为斜口时,发动机的综合性能最佳;使用冷端EGR蝶形阀能在不增加NOx排放及PM值的情况下降低发动机油耗,优化区域为全转速范围的中低负荷区,以及中低转速的高负荷区。对于采用EGR技术的发动机而言,匹配增压器的关键目标之一就是能实现足够的EGR率。本文介绍了高压比增压系统、可变流道增压器及EGR发动机涡轮增压器匹配的特性及原则,为EGR发动机增压器的匹配提供理论基础和依据。考虑成本要素,本文选取普通增压器与EGR系统进行匹配研究。采用EGR技术的柴油机,由于增加了EGR系统,柴油机的瞬态控制变的更加复杂。本文分析了瞬态变化过程中燃油系统和EGR系统标定策略对排放及经济性的影响,通过试验研究瞬态控制过程中燃油系统和EGR系统的瞬态控制能够降低颗粒物的排放,对瞬态控制策略进行了论证,研究表明,由于瞬态工况下进气量的增加滞后于燃油的增加,使得燃烧质量恶化,导致了瞬态工况下的微粒排放量的增加。通过对轨压、EGR开度进行瞬态修正,可以有效降低瞬态PM排放。本文通过对EGR系统进行设计优化,通过仿真计算分析确定最优技术方案。在此基础上对EGR系统与增压系统的匹配进行分析研究,并通过瞬态控制策略使发动机满足国Ⅳ排放要求。试验证明,对于重型车用柴油机,采用合理的燃油系统和相应EGR系统匹配,通过增压+EGR技术在无后处理系统的情况下满足国Ⅳ排放是可行的。