尿素选择催化还原（SCR）技术是非常有效的降低柴油机NOx排放的后处理技术。本文围绕尿素SCR技术应用中的几个关键问题——尿素水溶液的喷雾特性，喷雾与排气的混合，尿素的分解，沉积物的生成以及催化器的氨存储特性等——开展研究。通过高速摄影研究了空气辅助和无空气辅助喷射系统在不同条件下的喷雾贯穿距离和喷雾锥角；利用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）研究了两种喷射系统的喷雾在不同截面上的粒径分布特征；通过排气管可视化研究了发动机实际排气条件下两种喷射系统的喷雾碰壁特征。试验研究结果表明，空气辅助喷射系统的喷雾雾化效果优于无空气辅助喷射系统；真实排气条件下两喷射系统的喷雾均容易碰到排气管内壁上，相同条件下无空气辅助系统喷雾碰壁更严重。试验获得的喷雾特性数据可用于数值模拟。为研究喷雾混合均匀性对SCR系统性能的影响，设计了两种紧凑型混合器，并通过试验验证了所设计混合器能使NOx转化效率及还原剂在催化器中分布均匀性提高。通过热重分析研究了尿素在不同温度下的分解过程。结果表明，在不同升温速率下尿素分解过程不同，但分解过程中各阶段对应的温度区间和分解量基本相同；在程序控制升温过程中，当温度升到550℃时尿素才完全分解，但在恒温条件下360℃时尿素就能完全分解。通过台架试验研究了沉积物的生成规律。结果表明，喷嘴下游排气管内壁面温度远低于排气温度，这有利于沉积物的生成，局部低温是产生沉积物的关键条件；排气温度、流速、喷射速率和喷嘴位置等对沉积物生成量具有明显的影响。通过台架试验研究了钒基催化器的催化还原反应特性及氨存储特性，建立了估算催化器上的氨存储量的模型，并依据研究结果提出了尿素水溶液喷射控制策略。结果表明，温度对催化还原反应速率的影响非常大，空速对反应速率的影响很小。温度和空速均对氨存储和释放过程有明显影响。温度对氨饱和存储量的影响大于空速的影响。在200℃至240℃范围内氨存储量对NOx转化效率有决定性影响，之后随着温度升高其影响逐渐减弱。氨存储量对瞬态过程中的氨泄漏影响很大。每个工况都有一个能确保快速升温过程中氨泄漏体积浓度不超过10×10-6并能尽量提高NOx转化效率的氨存储量限值。