随着排放法规的日益严格和能源危机的日益加重,近年来,内燃机替代燃料的研究越来越受重视,其中柴油引燃天然气发动机成为研究热点。但是柴油引燃天然气发动机在中低负荷下存在THC和CO排放高、效率低等问题,主要原因在于引燃油喷射策略不灵活、缸内混合气浓度不合适。通过对柴油引燃天然气发动机的控制需求进行分析,本文采用基于模型的开发方式建立了由高压共轨柴油系统、天然气单点进气系统和节气门进气系统组成的的一体化整机控制模型。相较于传统开发方式,基于模型的开发具有图形化界面、早期验证、文档自动生成、开发周期短等优势。柴油引燃天然气发动机控制系统采用基于油量的控制方式,以恒转速闭环控制为核心,轨压闭环控制为基础,协调控制柴油喷射量、天燃气喷射量和节气门开度。其中,轨压控制采用前馈量加变PID闭环控制器的控制策略,实验结果显示稳态误差小于1MPa,瞬态超调小于2MPa,响应时间小于300ms。转速控制和节气门位置控制采用适合发动机实时控制的变PID闭环控制器的控制算法,达到较好的控制效果。另外,提出了基于模型的进气量估计方法,由此开发出气路控制策略,一方面气量-角度的模型结构可以用作λ控制的前馈量,另一方面气量闭环结构通过改变节气门开度控制过量空气系数,实验结果证明该策略有效提高发动机在变负荷下的调速性能,。在低负荷下研究了预喷正时、预喷量比例、喷射压力、节气门开度对发动机燃烧和排放性能的影响。实验结果表明,采用本课题所研究的柴油引燃天然气发动机控制系统,通过调节引燃油喷射参数、改变过量空气系数可以有效优化低负荷下缸内燃烧性能进而减少THC和CO的排放,但各个优化目标存在互斥现象,需要综合权衡以满足性能和经济性要求。