新聞主題	汽油機和柴油發(fā)電機負荷特性曲線圖的區(qū)別

 

發(fā)電用柴油發(fā)電機的負荷特性是指當(dāng)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變時，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨負荷的變化關(guān)系。此時，因轉(zhuǎn)速不變，所以有效功率P_e、轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)方式為“量調(diào)節(jié)”，即通過節(jié)氣門開度的大小調(diào)節(jié)進入氣缸的混合氣量，由此控制負荷的大小。因此，當(dāng)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速一定時柴油發(fā)電機的P_me、T_tq及P_e均與節(jié)氣門開度成正比。所以，汽油機負荷的大小也可以用節(jié)氣門開度來表示。

 

柴油發(fā)電機的負荷調(diào)節(jié)方式為“質(zhì)調(diào)節(jié)”，即在一定轉(zhuǎn)速下，通過調(diào)節(jié)向氣缸內(nèi)噴射的燃油量來控制負荷的大小。轉(zhuǎn)速一定時進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所消耗的燃料量。同時分析排放特性，以評價為獲得這些動力所造成的對環(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，事先將柴油發(fā)電機預(yù)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，通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度的大小和測功器的負載，使柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定的試驗轉(zhuǎn)速下。同時，在整個負荷范圍內(nèi)按設(shè)定步長改變柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的大小，在每個試驗工況點柴油發(fā)電機工作穩(wěn)定后測量測功器的讀數(shù)和燃料消耗量以及其他必要的排放指標(biāo)。將試驗測量結(jié)果，以負荷（節(jié)氣門開度、P_e、T_tq及P_me。均可）為變量（橫坐標(biāo)），繪出燃料消耗率b_e或其他排放指標(biāo)隨負荷變化的曲線，即完成負荷特性的制取工作（圖1）。

 

對汽油機，當(dāng)負荷增加時，節(jié)氣門開度增加，進氣壓力pn隨進氣流量的增多而增加。進氣管多點噴射的汽油機，為了利用三效催化轉(zhuǎn)化器同時凈化CO、HC和NO_x排放，利用氧傳感器對空燃比進行反饋控制，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(shù)隨進氣量的增加而減小，殘余廢氣（惰性氣體）對燃燒過程的阻礙作用減弱，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，機械效率由η_m＝1-P_mm/P_mi得出，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，摩擦損失基本保持不變，P_mm為常數(shù)，而隨負荷的增加，進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(dāng)負荷增加到大負荷時（如超過80％負荷），由于要求柴油發(fā)電機輸出最大轉(zhuǎn)矩，因此需要供給功率混合氣。故電控汽油噴射系統(tǒng)的控制單元此時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(qū)隨負荷的增加而增加。

 

汽油發(fā)電機的負荷特性曲線圖

 

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(diào)節(jié)過程有所不同。對傳統(tǒng)的機械式噴射系統(tǒng)的柴油發(fā)電機，在試驗臺架上通過操縱加速踏板的開度，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(xiàn)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(tǒng)，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(jù)來自柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器的信息和加速踏板位置的信息，通過存儲在ROM中的事先通過轉(zhuǎn)速和負荷的標(biāo)定試驗確定的噴射量的控制MAP圖，讀取該試驗轉(zhuǎn)速下對應(yīng)于當(dāng)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(xù)時間（噴射脈寬），來控制噴射量。

 

對ROM中無控制MAP圖數(shù)據(jù)或需要重新標(biāo)定的柴油發(fā)電機，首先根據(jù)如前章節(jié)所述，需要確定不同轉(zhuǎn)速下對應(yīng)于最大加速踏板操作位置的最大噴射量，然后根據(jù)該轉(zhuǎn)速下經(jīng)濟性和排放性能等要求具體標(biāo)定出其他加速踏板位置所對應(yīng)的噴射量。一旦噴射量控制MAP圖確定，不同轉(zhuǎn)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(dāng)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速一定時，隨負荷的增加，噴射量增加，但進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(diào)節(jié)方法稱為質(zhì)調(diào)節(jié)。此時，η_m隨負荷變化的規(guī)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(guī)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(xiàn)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(nèi)，隨負荷增加，空燃比減小時，由于發(fā)電用柴油發(fā)電機在整個負荷范圍內(nèi)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(xù)增加到使η_i和η_m的乘積達到最大值（η_iη_m）_max時，b_e達到最低。之后，繼續(xù)增加負荷，則由于混合氣過濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增加，η_i明顯降低，而此時η_m增加不多，致使b_e升高，而且排氣煙度也開始隨負荷明顯增加。一般排放法規(guī)中明確規(guī)定了煙度的排放限定值。若繼續(xù)增加負荷，可能導(dǎo)致煙度排放超過法規(guī)規(guī)定的限值標(biāo)準(zhǔn)。所以，在噴射量的控制MAP圖中，根據(jù)煙度隨噴射量增加的關(guān)系，專門設(shè)定了各轉(zhuǎn)速下限制煙度的最大噴射量控制MAP圖，并在實際控制時通過ECU，在相同轉(zhuǎn)速下與加速踏板位置控制的最大噴射量進行比較，取其中較小的值來控制噴油器，以限制排煙。對生產(chǎn)企業(yè)，考慮到產(chǎn)品質(zhì)量一致性的問題，將煙度排放限定值規(guī)定得比現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)更嚴格一些。 

 

柴油發(fā)電機的負荷特性曲線圖

 

三、汽油機和柴油發(fā)電機負荷特性的區(qū)別

 

由于汽油機和柴油發(fā)電機混合氣形成方式、負荷調(diào)節(jié)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(qū)別。主要體現(xiàn)在，由于負荷調(diào)節(jié)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(guī)律相反。因此，汽油機的燃油消耗率be隨負荷變化的曲線比柴油發(fā)電機的要陡，表明汽油機經(jīng)濟性指標(biāo)對負荷的適應(yīng)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(yīng)性范圍也寬。所以，從節(jié)能與CO2排放角度，在現(xiàn)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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