能源匮乏和环境污染是当今世界各国所共同面对的两大难题,开发高效、清洁柴油机是内燃机研究的关键课题。传统废气涡轮增压器很难同时兼顾高速、低速柴油机工况,同时存在着部分负荷经济性和加速性能差等问题。复合涡轮增压系统可以在全工况范围内实现与柴油机的良好匹配,改善柴油机的动力性、经济性和排放,在国内外受到普遍关注。本文首先利用GT-power软件建立了复合涡轮增压柴油机仿真模型,并进行数值模拟研究。模拟结果表明,复合涡轮增压能够改善发动机低速、高速动力性和经济性。同时,通过数值模拟得到了复合涡轮增压系统中进气旁通阀和废气旁通阀的控制策略,为试验提供了参考。对复合涡轮增压系统进行了选配,在发动机台架上进行了复合涡轮增压的试验研究。基于燃油经济性最优原则进行了高压级增压器的匹配。对确定的复合涡轮增压方案进行了不同转速和负荷的控制策略研究,研究了废气旁通阀和进气旁通阀开度对发动机性能的影响,确定了全工况内废气旁通阀和进气旁通阀开度控制MAP。复合涡轮增压控制优化后的试验结果表明,采用本研究设计的复合涡轮增压系统,可以大幅提高柴油机的低速和高速扭矩,在较大的工况范围内改善发动机的经济性,有效降低污染物排放。