新聞主題	汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷特性曲線圖的區(qū)別

 

發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性是指當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)隨負(fù)荷的變化關(guān)系。此時(shí)，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(jī)負(fù)荷的大小。由于汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷的調(diào)節(jié)方式不同，在負(fù)荷特性中對(duì)負(fù)荷的表示方法有所不同。汽油機(jī)的負(fù)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(jìn)入氣缸的混合氣量，由此控制負(fù)荷的大小。因此，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的P_me、T_tq及P_e均與節(jié)氣門開度成正比。所以，汽油機(jī)負(fù)荷的大小也可以用節(jié)氣門開度來表示。

 

柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)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(fù)荷的大小。轉(zhuǎn)速一定時(shí)進(jìn)入氣缸的空氣量基本保持不變，所以隨負(fù)荷的增加，噴射量加大，混合氣變濃。所以，柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷的大小也可以用空燃比表示。負(fù)荷特性主要研究柴油發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)為獲得這些動(dòng)力所造成的對(duì)環(huán)境的污染程度。

 

一、汽油機(jī)的負(fù)荷特性

 

在試驗(yàn)臺(tái)架上制取汽油機(jī)的負(fù)荷特性時(shí)，事先將柴油發(fā)電機(jī)預(yù)熱使柴油發(fā)電機(jī)的冷卻水溫和機(jī)油溫度達(dá)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(cè)功器的負(fù)載，使柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速下。同時(shí)，在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)按設(shè)定步長(zhǎng)改變柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，在每個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)柴油發(fā)電機(jī)工作穩(wěn)定后測(cè)量測(cè)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(yàn)測(cè)量結(jié)果，以負(fù)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(fù)荷變化的曲線，即完成負(fù)荷特性的制取工作（圖1）。

 

對(duì)汽油機(jī)，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，節(jié)氣門開度增加，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(jī)，為了利用三效催化轉(zhuǎn)化器同時(shí)凈化CO、HC和NO_x排放，利用氧傳感器對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制，所以隨負(fù)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(jìn)氣量的增加而減小，殘余廢氣（惰性氣體）對(duì)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(fù)荷的增加而增加。同時(shí)，機(jī)械效率由η_m＝1-P_mm/P_mi得出，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，摩擦損失基本保持不變，P_mm為常數(shù)，而隨負(fù)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(jī)械效率增加。因此，由式（1）知，燃料消耗率隨負(fù)荷的增加迅速降低。

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

當(dāng)負(fù)荷增加到大負(fù)荷時(shí)（如超過80％負(fù)荷），由于要求柴油發(fā)電機(jī)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(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(fù)荷的增加降低到最低值以后在大負(fù)荷區(qū)隨負(fù)荷的增加而增加。

 

汽油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性曲線圖

 

二、柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性

 

柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷特性的制取條件與汽油機(jī)相同，只是負(fù)荷的調(diào)節(jié)過程有所不同。對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，在試驗(yàn)臺(tái)架上通過操縱加速踏板的開度，可直接控制機(jī)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(dá)到控制噴射量的目的。而現(xiàn)在發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)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(duì)負(fù)荷大小需求的信息傳送給ECU。ECU根據(jù)來自柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的信息和加速踏板位置的信息，通過存儲(chǔ)在ROM中的事先通過轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的標(biāo)定試驗(yàn)確定的噴射量的控制MAP圖，讀取該試驗(yàn)轉(zhuǎn)速下對(duì)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(shí)間（噴射脈寬），來控制噴射量。

 

對(duì)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(jī)，首先根據(jù)如前章節(jié)所述，需要確定不同轉(zhuǎn)速下對(duì)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(jì)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(duì)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(jī)的負(fù)荷特性。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨負(fù)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(fù)荷的調(diào)節(jié)方法稱為質(zhì)調(diào)節(jié)。此時(shí)，η_m隨負(fù)荷變化的規(guī)律與汽油機(jī)相同，隨負(fù)荷的增加而增加。但η_i隨負(fù)荷的變化規(guī)律卻與汽油機(jī)不同。

 

對(duì)柴油發(fā)電機(jī)，隨負(fù)荷的增加，空燃比減小，混合氣不均勻現(xiàn)象更為嚴(yán)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(fù)荷的增加而減小。但是，在中小負(fù)荷范圍內(nèi)，隨負(fù)荷增加，空燃比減小時(shí)，由于發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)的平均空燃比都大于理論空燃比，所以對(duì)η_i的影響不明顯。因此，由式（1）可知，隨負(fù)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(fù)荷繼續(xù)增加到使η_i和η_m的乘積達(dá)到最大值（η_iη_m）_max時(shí)，b_e達(dá)到最低。之后，繼續(xù)增加負(fù)荷，則由于混合氣過濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補(bǔ)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，而且排氣煙度也開始隨負(fù)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(fù)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(shí)際控制時(shí)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(jìn)行比較，取其中較小的值來控制噴油器，以限制排煙。對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格一些。 

 

柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性曲線圖

 

三、汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷特性的區(qū)別

 

由于汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)混合氣形成方式、負(fù)荷調(diào)節(jié)方式及燃燒方式的不同，汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性有所區(qū)別。主要體現(xiàn)在，由于負(fù)荷調(diào)節(jié)方式不同，造成汽油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的指示熱效率ηi隨負(fù)荷的變化規(guī)律相反。因此，汽油機(jī)的燃油消耗率be隨負(fù)荷變化的曲線比柴油發(fā)電機(jī)的要陡，表明汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性差。而柴油發(fā)電機(jī)壓縮比比汽油機(jī)高，所以熱效率也高，使得其燃油消耗率隨負(fù)荷的變化特性既緩慢又低，表明柴油發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)好得多，且對(duì)負(fù)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(jī)中，柴油發(fā)電機(jī)是很有前途的一種柴油發(fā)電機(jī)。

 

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