日益严格的排放法规与燃料消耗标准对柴油机的高效清洁低碳运行提出了更高的要求。柴油机的运行性能很大程度上取决于控制策略的控制逻辑与控制参数。在控制策略中构建多种控制模式,实现柴油机多种先进技术的协同应用,是进一步实现柴油机节能减排的有效措施。因此,开展支持柴油机多种控制模式的控制策略架构及关键技术研究,对满足未来柴油机节能减排、绿色制造、循环经济的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。柴油机多种技术的协同应用需要电子控制单元（ECU）中包含多种控制模式,每种控制模式对应一系列最佳的控制参数,并通过控制参数的协调切换实现柴油机多种控制模式下的优化运行。然而,随着柴油机的控制系统越来越复杂,柴油机的控制参数构成了庞大且复杂的数据体系。在ECU中构建多个数据体系并实现多个数据体系的协调切换成为柴油机多模式优化控制的巨大挑战。本文针对柴油机实现多模式优化控制的难题,基于自主开发的ECU软硬件平台,深入研究了面向柴油机控制模式的策略架构,设计了控制模式的协调机制和功能子系统的模式响应机制,系统地研究了支持多模式控制的燃油系统和进气系统控制策略,建立了多个数据体系并解决了柴油机的关键控制问题。研究工作主要集中在以下几个方面:（1）针对实现柴油机多模式优化控制的问题,提出了面向柴油机控制模式的策略架构,最多可支持16种控制模式,每种控制模式可支持8个阶段。设计了以“模式请求-模式协调-模式响应”为技术路线的模式协调机制。设计了控制模式协调器的控制逻辑,可同时接收多个模式请求,并能够为控制系统确定出满足条件且优先级最高的控制模式。设计了功能控制子系统的模式响应机制,实现了燃油喷射系统和进气系统相关控制参数对多数据体系的支持。以DPF手动再生为应用案例,对面向控制模式的策略架构进行了试验验证。结果表明:面向控制模式的策略架构是一种结构合理、易于维护、易于扩展的控制策略架构,能够满足多个复杂数据体系的协调控制需求,是满足柴油机多模式优化控制的一种系统级方案。（2）针对如何确定柴油机循环喷油量的问题,设计了基于指示需求转矩协调的循环喷油量控制策略。分别研究了限制转矩计算、起动转矩计算、高低怠速控制、恒转速控制等控制策略,实现了冒烟限制策略与恒定转速控制策略对多数据体系的支持。研究结果表明:转矩限制策略能够有效的对柴油机进行保护和排放限制;恒定转速控制策略通过外部转矩请求接口能够实现柴油机恒定转速调节,具有良好的稳定性;提出的柴油机起动转矩斜坡控制策略,能够减少起动过程的HC排放,缩短起动时间,是一种改善柴油机起动性能的有效技术措施。基于指示需求转矩协调的循环喷油量控制策略能够实现起动转矩、油门踏板需求转矩、高低怠速控制转矩以及外部请求转矩的无缝对接,可以有效协调柴油机起动、怠速和运行工况的循环喷油量。（3）研究了支持多模式控制的喷油特性控制策略,实现了喷油压力、喷射组合、各次喷射的喷油量和喷油始点对多数据体系的支持。设计了基于轨压反馈和计量单元电流反馈的多级闭环轨压控制策略,深入研究了轨压预控制和计量单元电流反馈对轨压调节的影响,结果表明:轨压预控制能够改善轨压控制的瞬态响应特性,计量单元电流反馈控制可以提高轨压的控制精度。深入研究了多次喷射协调控制策略以及多次喷射重叠对柴油机的影响,提出了基于喷油脉宽的多次喷射干扰评估方法及抑制策略,能够有效地对多次喷射之间发生干扰进行评估和抑制,解决了多次喷射的喷油始点的协调控制问题。（4）研究了支持多模式控制的进气系统控制策略,实现了增压压力、进气量、EGR阀开度和VNT增压器开度对多数据体系的支持。设计了基于控制变量反馈和执行器位置反馈的多级闭环EGR和VNT控制策略。对VNT增压器和EGR阀设定开度的动态限制策略进行了研究,并使用EGR阀进行了试验验证。设定开度的动态限制策略可以有效防止EGR阀在机械止位处产生冲击,实现了执行器的机械止位保护。对EGR卡滞进行了试验研究,提出了基于控制偏差的EGR卡滞监测和保护策略,能够有效避免EGR阀卡滞时长时间的大驱动电流导致EGR损坏。