增压柴油机的稳态性能以涡轮做功能力能够满足压气机耗功需求为基础,而柴油机的工况变化和变海拔运行将压气机耗功需求和涡轮做功能力矛盾问题复杂化,造成高海拔下功率下降、燃油消耗率增加等问题。为提高柴油机的变海拔适应性,基于功率恢复目标的高原增压系统设计是解决上述问题的有效技术手段,但同时也带来了新的挑战:一是传统匹配方法在确定高原增压系统方案时存在匹配难度过大、匹配精度难以保证等问题;二是现有切换边界确定方法在解决变海拔运行问题时存在针对特定区域失效、仿真计算或试验标定工作量太大等局限性。本文通过建立基于增压压力恢复和兼顾系统总效率的变海拔匹配方法,以功率恢复目标为出发点,解决高原增压系统的稳态匹配问题,并通过建立增压系统变海拔切换边界计算模型简化切换边界的确定过程。以涡轮通流特性模型为基础,推导了可调两级增压系统的涡轮等效面积模型和等熵效率公式,以增压压力恢复为目标建立了变海拔等效面积关系式,结合系统总效率的变海拔预测计算,提出了基于增压压力恢复和兼顾系统总效率的变海拔匹配方法。采用该匹配方法针对不同类型柴油机进行了匹配方案研究,并通过仿真计算和变海拔性能模拟试验验证了匹配方案的合理性和可行性。通过理论分析和公式推导求解建立了高原增压系统最佳设计参数的确定方法,确定了能够实现变海拔功率恢复的进气需求特性、增压系统总效率最高时所对应的最佳压比分配表达式、基于增压系统高原适应性的匹配点选择原则,结果表明:变海拔工况的总压比水平不仅取决于柴油机性能参数,还与海拔高度、功率恢复目标以及平原工况机械效率相关;理想情况下的最佳压比分配只与高低压级涡轮增压器效率相关,而考虑进排气入口条件的最佳压比分配选择要使高压级进气耗功趋近于低压级,保证总进气压缩功最小;增压系统所能适应的海拔范围依赖于匹配点选择和涡轮旁通阀的旁通流量比,而增压系统的匹配点选择一般应在最大扭矩点而非最高转速。针对变海拔切换边界的确定问题,根据涡轮等效面积与柴油机运行工况的对应关系,与相同转速下涡前温度和柴油机转矩的函数关系式相结合,建立了增压系统变海拔切换边界计算模型。针对单涡轮增压器系统和可调两级增压系统的匹配方案,分别计算了废气放气阀和涡轮旁通阀的变海拔切换边界,通过仿真软件计算和平原性能试验进行了验证分析,结果表明:切换边界转矩值的变海拔仿真结果、平原试验结果与计算模型结果的相对误差都在5%以内,计算模型具有足够的精度。针对某高原型柴油机进行了可调两级增压系统方案设计,搭建了柴油机变海拔性能模拟试验台架,对匹配方案、柴油机变海拔性能和变海拔切换边界进行了试验验证,并且基于不同目标增压压力切换边界确定了不同海拔高度的增压系统运行模式,结果表明;匹配方案在实现了海拔3000m和4500m功率恢复目标的基础上,改善燃油经济性的最大幅度为11.9%,降低热负荷的最大幅度为146.6K;随着海拔高度的降低,涡轮旁通阀切换边界逐渐下移,增压系统关闭模式的运行区域逐渐减小。