新聞主題	汽油機和柴油發(fā)電機負荷特性曲線(xiàn)圖的區別

 

發(fā)電用柴油發(fā)電機的負荷特性是指當柴油發(fā)電機轉速不變時(shí)，柴油發(fā)電機的性能指標隨負荷的變化關(guān)系。此時(shí)，因轉速不變，所以有效功率P_e、轉矩T_tq和平均有效壓力p_me之間互成比例關(guān)系，均可表示為柴油發(fā)電機負荷的大小。由于汽油機和柴油發(fā)電機對負荷的調節方式不同，在負荷特性中對負荷的表示方法有所不同。汽油機的負荷調節方式為“量調節”，即通過(guò)節氣門(mén)開(kāi)度的大小調節進(jìn)入氣缸的混合氣量，由此控制負荷的大小。因此，當柴油發(fā)電機轉速一定時(shí)柴油發(fā)電機的P_me、T_tq及P_e均與節氣門(mén)開(kāi)度成正比。所以，汽油機負荷的大小也可以用節氣門(mén)開(kāi)度來(lái)表示。

 

柴油發(fā)電機的負荷調節方式為“質(zhì)調節”，即在一定轉速下，通過(guò)調節向氣缸內噴射的燃油量來(lái)控制負荷的大小。轉速一定時(shí)進(jìn)入氣缸的空氣量基本保持不變，所以隨負荷的增加，噴射量加大，混合氣變濃。所以，柴油發(fā)電機負荷的大小也可以用空燃比表示。負荷特性主要研究柴油發(fā)電機的經(jīng)濟性，即輸出一定量的功率時(shí)所消耗的燃料量。同時(shí)分析排放特性，以評價(jià)為獲得這些動(dòng)力所造成的對環(huán)境的污染程度。

 

一、汽油機的負荷特性

 

在試驗臺架上制取汽油機的負荷特性時(shí)，事先將柴油發(fā)電機預熱使柴油發(fā)電機的冷卻水溫和機油溫度達到正常溫度（如80℃），并在保持不變的條件下，通過(guò)調節節氣門(mén)開(kāi)度的大小和測功器的負載，使柴油發(fā)電機轉速穩定在設定的試驗轉速下。同時(shí)，在整個(gè)負荷范圍內按設定步長(cháng)改變柴油發(fā)電機轉矩的大小，在每個(gè)試驗工況點(diǎn)柴油發(fā)電機工作穩定后測量測功器的讀數和燃料消耗量以及其他必要的排放指標。將試驗測量結果，以負荷（節氣門(mén)開(kāi)度、P_e、T_tq及P_me。均可）為變量（橫坐標），繪出燃料消耗率b_e或其他排放指標隨負荷變化的曲線(xiàn)，即完成負荷特性的制取工作（圖1）。

 

對汽油機，當負荷增加時(shí)，節氣門(mén)開(kāi)度增加，進(jìn)氣壓力pn隨進(jìn)氣流量的增多而增加。進(jìn)氣管多點(diǎn)噴射的汽油機，為了利用三效催化轉化器同時(shí)凈化CO、HC和NO_x排放，利用氧傳感器對空燃比進(jìn)行反饋控制，所以隨負荷的變化空燃比保持理論空燃比（α＝14.7）不變。而殘余廢氣系數隨進(jìn)氣量的增加而減小，殘余廢氣（惰性氣體）對燃燒過(guò)程的阻礙作用減弱，燃燒條件得到改善。所以，指示熱效率η_i隨負荷的增加而增加。同時(shí)，機械效率由η_m＝1-P_mm/P_mi得出，當轉速一定時(shí)，摩擦損失基本保持不變，P_mm為常數，而隨負荷的增加，進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量增多，燃燒放熱量增加，所以單位氣缸工作容積所做的指示功p_mi增大，從而機械效率增加。因此，由式（1）知，燃料消耗率隨負荷的增加迅速降低。

 

 

 

 

 

.................................（公式1）

 

 

 

 

 

 

 

當負荷增加到大負荷時(shí)（如超過(guò)80％負荷），由于要求柴油發(fā)電機輸出最大轉矩，因此需要供給功率混合氣。故電控汽油噴射系統的控制單元此時(shí)停止氧傳感器的反饋控制，將空燃比控制在α＝12.5的功率混合氣上。因此，混合氣變濃，所提供的空氣量小于理論上完全燃燒所需要的空氣量，造成混合氣燃燒不完全，使得指示熱效率η_i降低。所以，燃油消耗率隨負荷的增加降低到最低值以后在大負荷區隨負荷的增加而增加。

 

汽油發(fā)電機的負荷特性曲線(xiàn)圖

 

二、柴油發(fā)電機的負荷特性

 

柴油發(fā)電機負荷特性的制取條件與汽油機相同，只是負荷的調節過(guò)程有所不同。對傳統的機械式噴射系統的柴油發(fā)電機，在試驗臺架上通過(guò)操縱加速踏板的開(kāi)度，可直接控制機械式噴油泵的拉桿（或齒桿）位置，由此控制循環(huán)供油量Δb，達到控制噴射量的目的。而現在發(fā)電用柴油發(fā)電機上得到普及的電控高壓噴射系統，其加速踏板位置并不直接控制噴射量，而只是作為對負荷大小需求的信息傳送給ECU。ECU根據來(lái)自柴油發(fā)電機轉速傳感器的信息和加速踏板位置的信息，通過(guò)存儲在ROM中的事先通過(guò)轉速和負荷的標定試驗確定的噴射量的控制MAP圖，讀取該試驗轉速下對應于當前加速踏板位置的噴射量控制信息，由此控制噴油器的噴射持續時(shí)間（噴射脈寬），來(lái)控制噴射量。

 

對ROM中無(wú)控制MAP圖數據或需要重新標定的柴油發(fā)電機，首先根據如前章節所述，需要確定不同轉速下對應于最大加速踏板操作位置的最大噴射量，然后根據該轉速下經(jīng)濟性和排放性能等要求具體標定出其他加速踏板位置所對應的噴射量。一旦噴射量控制MAP圖確定，不同轉速下隨加速踏板位置噴射量的變化特性就確定了。圖7-9所示為柴油發(fā)電機的負荷特性。當柴油發(fā)電機轉速一定時(shí)，隨負荷的增加，噴射量增加，但進(jìn)入氣缸的空氣量基本保持不變，所以空燃比逐漸減小。因此，這種負荷的調節方法稱(chēng)為質(zhì)調節。此時(shí)，η_m隨負荷變化的規律與汽油機相同，隨負荷的增加而增加。但η_i隨負荷的變化規律卻與汽油機不同。

 

對柴油發(fā)電機，隨負荷的增加，空燃比減小，混合氣不均勻現象更為嚴重，混合氣中空氣的含量減小，不完全燃燒的傾向增加，所以η_i隨負荷的增加而減小。但是，在中小負荷范圍內，隨負荷增加，空燃比減小時(shí)，由于發(fā)電用柴油發(fā)電機在整個(gè)負荷范圍內的平均空燃比都大于理論空燃比，所以對η_i的影響不明顯。因此，由式（1）可知，隨負荷的增加，η_m增加，而η_i降低，所以b_e降低，但其降低速度受到限制。隨負荷繼續增加到使η_i和η_m的乘積達到最大值（η_iη_m）_max時(shí)，b_e達到最低。之后，繼續增加負荷，則由于混合氣過(guò)濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增加，η_i明顯降低，而此時(shí)η_m增加不多，致使b_e升高，而且排氣煙度也開(kāi)始隨負荷明顯增加。一般排放法規中明確規定了煙度的排放限定值。若繼續增加負荷，可能導致煙度排放超過(guò)法規規定的限值標準。所以，在噴射量的控制MAP圖中，根據煙度隨噴射量增加的關(guān)系，專(zhuān)門(mén)設定了各轉速下限制煙度的最大噴射量控制MAP圖，并在實(shí)際控制時(shí)通過(guò)ECU，在相同轉速下與加速踏板位置控制的最大噴射量進(jìn)行比較，取其中較小的值來(lái)控制噴油器，以限制排煙。對生產(chǎn)企業(yè)，考慮到產(chǎn)品質(zhì)量一致性的問(wèn)題，將煙度排放限定值規定得比現行的國家標準更嚴格一些。 

 

柴油發(fā)電機的負荷特性曲線(xiàn)圖

 

三、汽油機和柴油發(fā)電機負荷特性的區別

 

由于汽油機和柴油發(fā)電機混合氣形成方式、負荷調節方式及燃燒方式的不同，汽油機和柴油發(fā)電機的負荷特性有所區別。主要體現在，由于負荷調節方式不同，造成汽油機和柴油發(fā)電機的指示熱效率ηi隨負荷的變化規律相反。因此，汽油機的燃油消耗率be隨負荷變化的曲線(xiàn)比柴油發(fā)電機的要陡，表明汽油機經(jīng)濟性指標對負荷的適應性差。而柴油發(fā)電機壓縮比比汽油機高，所以熱效率也高，使得其燃油消耗率隨負荷的變化特性既緩慢又低，表明柴油發(fā)電機的經(jīng)濟性比汽油機好得多，且對負荷的適應性范圍也寬。所以，從節能與CO2排放角度，在現有發(fā)電用柴油發(fā)電機中，柴油發(fā)電機是很有前途的一種柴油發(fā)電機。

 

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