第40卷 第8期 2018-08
【53】
发动机进气压力自动控制系统开发与研究
Development and research on automatic control
system of engine intake pressure 胡军科1,2，赵 存1，牛奇斌1，徐坤鸿1
HU Jun-ke 1,2, ZHAO Cun 1, NIU Qi-bin 1, XU Kun-hong 1
（1.中南大学 机电工程学院，2.高性能复杂制造国家重点实验室，长沙 410083）
摘 要：为解决高原环境下发动机进气压力下降问题，研发一套发动机进气压力自动控制系统。在系统
中引入反馈校正环节，通过检测发动机进气口压力作为反馈校正信号，自动调节辅助增压机转速，从而改变发动机进气压力和进气量。通过设定目标压力、实时监测和反馈校正等步骤实现发动机进气压力的自动控制。在BF12L-513C型柴油发动机上进行试验，结果表明：提出的自动控制系统可以有效提高发动机进气压力，实现发动机进气压力的自动控制，提高发动机的高原适应性。
关键词：发动机；进气压力；反馈校正；自动控制系统中图分类号：TP271+.9 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2018)08-0053-03
收稿日期：2018-02-27
基金项目：智能化钢轨打磨列车的自主化研制项目（2015G003-B ）
作者简介：胡军科（1959 -），男，湖南长沙人，教授，硕士，主要从事轨道交通、自动化控制技术等领域的研究工作。
0 引言
我国国土地势呈阶梯状分布，西高东低，其中海拔2000m 以上的高原地区占33%左右，少数地区达5000 m 以上[1]。高原地区的铁路公路沿线路况复杂、气候多变、海拔跨度较大，给各种车辆和发动机动力设备的正常使用带来很多问题。随着海拔升高，空气越来越稀薄，导致发动机进气压力下降，进气量不足，油料燃烧不充分，发动机动力下降，排放尾气中的有害气体增加，大大降低了发动机的各方面性能和使用寿命。
为解决高原环境下发动机进气压力下降问题，专家学者做了大量的研究工作，如废气涡轮增压技术[2]
，可调涡轮增压技术[3]
等。现有的各种增压技术主要是通过对空气进行压缩，提高进气压力，但都只实现了一定海拔范围的工况匹配，当海拔高度发生变化，则匹配失效，发动机增压系统的自我调节能力和高原适应性较差 [4]。
本文提出一套发动机进气压力自动控制系统，引入反馈校正环节，通过PID 反馈调节控制发动机进气压力，可以有效提高发动机在高原环境下的进气压力，提高发动机的高原适应性。
1 系统方案设计
高原环境下发动机工作性能如何主要取决于缸内燃烧效果，油料与空气的混合比是否合理至关重要，因此，需要对进气量和燃烧耗气量的匹配程度进行研究。
1）发动机与增压器的匹配条件[5]
（1）能量平衡
T C P P =
(1)
式(1)中，P C 是压气机功率，P T 是涡轮功率。
（2）转速平衡
T C n n =
(2)
式(2)中，n C 是压气机转速，n T 是涡轮转速。
（3）流量平衡
f T C G G G +=
(3)
式(3)中，G C 是压气机排气量，G T 是涡轮排气量，Gf 是燃烧所需空气量。
2）压气机流量计算公式
n V Q N =
(4)
式(4)中，V N 是压气机额定排量，n 是叶轮转速。
根据以上公式可知，转速n 和流量Q 是进行匹配计算的重要变量。压气机排量V N 由叶轮结构决定，当排量V N 一定，不考虑其他影响因素，则风量Q 大小由转速n 决定，因此，控制进气压力和流量关键是实现对压气机转速n 的控制，现有的研究工作在这一方面涉及的 很少。
本文提出一套新的发动机进气压力自动控制系统方案，如图1所示。在发动机原系统上添加一套可以实现反馈调节的进气压力自动控制系统。在系统中引入反馈校正环节[6]，通过检测发动机进气压力作为反馈校正信号，进行PID 运算，输出相应控制信号，改变辅助增压
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