近年来,随着大气环境污染的加剧,雾霾被提出的频率越来越高,机动车尾气排放是最重要的大气污染源之一,我国重型车分类的排放控制也日趋严格,而目前绝大多数重型车依然是采用燃烧碳氢燃料的重型柴油发动机作为其动力源,石油资源作为不可再生能源已越来越少,开发更节能和环保的重型柴油发动机,不仅需要主动减少能源消耗,而且需要主动减少发动机尾气的排放污染物,具有重要的意义。本文首先提出了研究本课题的背景和意义,阐述了发动机排放污染物的生成机理和控制策略,继而提出设计开发满足中国国5排放等级要求的重型柴油发动机的设计研发方案。本文通过对重型柴油发动机燃油系统、进排气系统、燃烧系统以及冷却系统等关键系统进行有效的CAE理论分析,提前预测并评估所设计重型柴油发动机关键系统零部件以及发动机整机的设计开发能力,可以有效的缩短重型柴油发动机产品的新品设计开发周期。在重型柴油发动机设计开发前期进行理论分析的基础上,并通过对重型柴油发动机在台架的性能试验的验证,适时调整并进行方案改进验证和优化,最终达成重型柴油发动机的基本性能和机械设计开发的初步目标；要实现最终节能和环保的要求,还需要通过对重型柴油发动机进行电控控制优化标定的方法,来实现重型柴油发动机燃烧系统的台架性能标定优化和SCR排放后处理系统的台架标定优化：通过以上措施和方法,最终实现设计开发满足中国国5排放等级要求的重型柴油发动机,并具备了更高排放等级的升级潜力。