本发明提供的是一种基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置及控制方法。包括进气三通阀、排气三通阀、旁通阀、单向阀、电磁控制阀、第一涡轮增压器、第二涡轮增压、废气稳压罐、EGR冷却器、温度传感器和流量计。本发明通过控制两个串联涡轮增压器，利用高压、高速压缩空气实现对EGR废气的二级增压，有效解决了不同进气压力，特别是高进气压力下的EGR废气回流问题，同时可以满足中高低不同工况下的EGR调节要求。特别适用于船舶柴油机节能减排或者单缸柴油机试验场所等。