柴油机以其热效率高、燃油消耗率低、CO2排放低等优势，日益受到消费者及生产商的青睐，因此如何提高柴油机动力性、改善燃油经济性及降低排放成为当下研究的热点。在众多的技术手段中，增压技术可以有效改善柴油机综合性能，日益得到普遍应用。柴油机匹配二级增压系统可以实现高增压甚至超高增压，大大增加气缸内的新鲜空气量，因此可以向缸内喷入更多的燃油从而提高柴油机升功率，由于进气流量的增加可以改善缸内燃烧，燃油消耗率及排气烟度均能得到有效降低。二级增压系统的高压级选用结构尺寸较小的压气机，可以保证增压器在柴油机低转速工况具有较高的工作效率，因此能够有效改善柴油机低速动力性能，此外二级增压系统高、低压级涡轮能量分配可以通过排气旁通阀进行调节，因此可以通过对旁通阀门开度的优化实现柴油机与二级涡轮增压系统在整个工况范围内的良好匹配。本文基于一维发动机性能仿真软件GT-Power，通过模拟计算和试验研究两种手段对一台6缸重型柴油机与二级增压系统进行优化匹配研究。首先建立原机仿真模型，计算得到柴油机气缸P-V图、转矩、进气量等性能数据，通过与原机试验数据对比校准模型，并将计算误差控制在5%范围内。在此基础上建立了二级增压系统仿真模型，计算分析了二级增压系统对柴油机性能的影响规律；然后建立了二级增压柴油机测试平台，试验研究了二级增压系统改善柴油机性能的潜力；在此基础上采用计算模拟的手段对二级增压系统与柴油机进行进一步的优化匹配。研究结果表明，二级增压系统可以有效提高柴油机动力性，改善燃油经济性及缸内燃烧。尤其当柴油机运行在低速工况时性能改善更为明显，在800r.min-1转速外特性工况有效燃油消耗率较原机降低10.1%，高速工况时由于泵气损失升高，柴油机机械损失功率增加，导致性能改善程度降低；二级增压柴油机进气量大幅增加，排气烟度明显下降，但是由于缸内富氧率升高以及燃烧温度增加导致NOX排放量增加，此外二级增压柴油机缸内爆发压力较原机有所增加，导致柴油机机械负荷及热负荷增加，对柴油机机械可靠性造成不利影响；通过对二级增压系统与柴油机进行优化匹配可以进一步改善柴油机综合性能，且二级增压系统柴油机可以实现更大的EGR率，降低NOX排放。