随着汽车工业的高速发展及汽车保有量的急剧增加,汽车造成的环境污染和石油危机问题日益突出,促使人们去寻找可以代替石油的清洁能源。作为车用发动机代用燃料,压缩天然气CNG(Compressed Natural Gas)可有效地缓和这一矛盾。天然气/柴油双燃料发动机以其排放性能良好、改装方便、使用灵活的优点正受到人们的重视。天然气/柴油双燃料发动机在低负荷工况下的动力性、经济性及排放性恶化。为了改善发动机低负荷的性能,在低负荷工况下燃用纯柴油是一种较好的解决方法。这就存在一个从纯柴油工况向双燃料工况切换的过程,若不对此过程进行有效的控制,则发动机在此过程中转速波动大、排放恶化。为避免双燃料发动机在由纯柴油工况向双燃料工况切换过程中出现的转速大幅度波动现象和节约发动机燃料成本,本文在国内外相关研究的基础上,对天然气/柴油双燃料发动机进行了性能研究。分析了双燃料发动机低负荷性能恶化的原因和油气切换过程,找出了切换过程中引起速度波动的原因;根据现有的燃料供给系统,改进了油气切换系统;根据实际情况,综合考虑发动机的动力性和经济性,提出了油气切换过程优化控制的目标函数;依据变分法和发动机的相关理论与实践知识,建立了油气切换过程的数学模型。发动机是一个具有时滞性、不确定性、严重非线性、时变性的系统,对其实施控制就需要一种高级、快速、可靠、有效的控制方法。本文通过研究对比各种控制算法和发动机的控制模型,在比较详细地分析预测控制算法基础上,运用广义预测控制GPC(Generalized Predictive Control)对双燃料发动动机油气切换过程的燃料进行调节,实现了此过程的优化控制。运用MATLAB对模型和切换过程的优化控制进行了仿真并对仿真结果进行了分析,说明了模型和控制算法的有效性和实用性。