柴油發(fā)電機的負荷速度特性及曲線圖
發(fā)布時間：2024-03-19 點擊：477
柴油發(fā)電機的速度特性
速度特性是指柴油發(fā)電機在正常工作條件下，負荷一定時，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨其轉(zhuǎn)速的變化特性。這里，柴油發(fā)電機的正常工作條件是指柴油發(fā)電機的冷卻水溫和潤滑油溫度正常（80℃），點火時期和空燃比調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。而負荷一定是指控制柴油發(fā)電機負荷的條件一定。此時，通過調(diào)節(jié)測功器的負載，改變柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，讀取不同轉(zhuǎn)速下柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，繪出柴油發(fā)電機在該負荷條件下的一組速度特性曲線。而所要測量的柴油發(fā)電機性能指標(biāo)，有柴油發(fā)電機的動力性指標(biāo)（pe、ttq）、經(jīng)濟性指標(biāo)（b、be）和排放特性指標(biāo)（co、hc、nox及pm等的排放量）等。
由于負荷設(shè)定的條件不同，柴油發(fā)電機的速度特性又分為全負荷速度特性（外特性）和部分負荷速度特性。全負荷速度特性是指控制負荷的加速踏板位置處在最大位置時的速度特性，由此評價柴油發(fā)電機在各轉(zhuǎn)速下的最大做功能力，所以只有一條曲線。而部分負荷速度特性是指加速踏板位置處在小于全負荷的任一位置時的速度特性，所以有許多條曲線。由于柴油發(fā)電機中進入氣缸的是純空氣，因此фc的大小只提供產(chǎn)生多大轉(zhuǎn)矩的可能性，而實際輸出的轉(zhuǎn)矩的大小主要取決于每個循環(huán)的實際噴射量δg。根據(jù)充氣效率的定義фc＝m1/ms和過量空氣系數(shù)的定義фc＝m1/（δgl0），將式（7-19）的轉(zhuǎn)矩式改寫為
......................(公式1)
式中，δg為循環(huán)噴射量（g/循環(huán)）；k5為常數(shù)，即k5＝k2l0/ms；ms為進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的空氣量（kg）；m1為實際進入氣缸的空氣量（kg）；l0為1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量（kg/kg）。
一、全負荷速度特性（外特性）
在柴油發(fā)電機上普及電控技術(shù)以后，實現(xiàn)了數(shù)字化控制。傳統(tǒng)的機械式柴油發(fā)電機外特性可定義為將油量調(diào)節(jié)機構(gòu)（如加速踏板或油量調(diào)節(jié)拉桿位置）固定在額定功率循環(huán)供油量位置時，柴油發(fā)電機性能隨轉(zhuǎn)速的變化特性。但是數(shù)字化控制以后，加速踏板位置僅僅是一種信號，不直接控制噴射量。所以，電控柴油發(fā)電機的全負荷速度特性可定義為，在已確定各轉(zhuǎn)速下最大噴射量的條件下，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化特性。對發(fā)電用柴油發(fā)電機，在確定各轉(zhuǎn)速下的最大噴射量時，需要考慮根據(jù)各轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的最大噴射量，以及根據(jù)各轉(zhuǎn)速下所允許的煙度排放限定值確定的最大噴射量。這里的煙度限定值為當(dāng)前推行的排放法規(guī)中規(guī)定的限定值。由于這兩種方式確定的最大噴射量有可能不相同，所以在實際控制過程中，通過ecu進行最小化處理，選擇兩者之間的較小值并設(shè)定為該轉(zhuǎn)速下的最大噴射量。
1．ttq歷程分析
由于柴油發(fā)電機無節(jié)氣門的節(jié)流損失，進氣流動阻力小，所以фc隨轉(zhuǎn)速的變化曲線比較緩慢。但是根據(jù)發(fā)電用柴油發(fā)電機性能要求所設(shè)計的進氣管系和配氣相位，其фc也是在某一低轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)峰值，低于或高于該轉(zhuǎn)速，фc都有所下降。這種фc的變化特性，為燃油噴射量及氣缸的做功能力提供了依據(jù)。對電控柴油發(fā)電機，由于噴射量的設(shè)定相對獨立，而不受機械式噴油泵的供油速度特性的影響。因此，基于фc的特性，基本上根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩特性設(shè)定最大噴射量。
現(xiàn)代發(fā)電用柴油發(fā)電機基本上都采用廢氣渦輪增壓和電控高壓噴射技術(shù)。對廢氣渦輪增壓而言，一般在柴油發(fā)電機的高速區(qū)比較容易實現(xiàn)增壓，因此高速時氣缸的做功能力得到提高。但是在低速時由于柴油發(fā)電機的排氣流量較小，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速較低，增壓程度不夠，所以為了提高低速轉(zhuǎn)矩需要加大噴射量。因此，在外特性上循環(huán)噴射量的變化特性如圖1b中的δgf曲線所示，在低速區(qū)δgf隨n的增加而增加；當(dāng)n升高到增壓器正常工作區(qū)以后，隨n的增加δgf有減小的趨勢。因此，在低速區(qū)ηi和ηm變化不大，但δgf增加，所以ttq迅速增加到最大值。增壓柴油發(fā)電機受缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力的限制，使得最大ttq，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍較寬，即外特性轉(zhuǎn)矩曲線存在平頂區(qū)，然后隨n的進一步增加，δgf基本保持不變或有所減小，而ηi和ηm降低明顯，所以ttq也隨n升高而降低（圖1）。
2．pe歷程分析
根據(jù)式（2-19）中pe與ttqn的關(guān)系，由于ttq變化平坦，所以在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)pe幾乎與n呈線性增加，很難確定像汽油機那樣的峰值功率點。其結(jié)果使功率為零的最大轉(zhuǎn)速nmax非常高，若不控制就會出現(xiàn)飛車的危險。因此，柴油發(fā)電機設(shè)定噴射量控制map時，專門設(shè)定限制極限轉(zhuǎn)速的噴射量map圖，以防超速飛車事故。
3．be歷程分析
在低速區(qū)隨n的增加，氣缸內(nèi)氣流強度增加，改善混合氣的形成和燃燒條件，所以ηi有所增加，而ηm變化不大，故be減小。當(dāng)n升高到使ηi和ηm的乘積達到最大值時，be達到最小。然后，隨n的進一步升高，因混合氣形成和燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角增大，燃燒損失增加，ηi降低，同時ηm也降低，所以be逐漸增大。但在整個轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)be隨n變化不大。這也是柴油發(fā)電機經(jīng)濟性好的原因之一。
高壓共軌增壓直噴柴油發(fā)電機外特性曲線圖
二、部分負荷速度特性
傳統(tǒng)的機械式柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性定義為控制供油量的齒條（或拉桿）位置固定在小于最大供油量的某一位置時，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。但是，對數(shù)字化控制的現(xiàn)代電控柴油發(fā)電機而言，加速踏板的開度實際上只是代表著不同轉(zhuǎn)速下所需求的柴油發(fā)電機輸出轉(zhuǎn)矩的大小。即使加速踏板開度一定，不同轉(zhuǎn)速下的噴射量，由于性能要求不同，噴射量的標(biāo)定結(jié)果也有很大的區(qū)別，因此，如何定義現(xiàn)代柴油發(fā)電機的部分速度特性還沒有明確規(guī)定。對質(zhì)調(diào)節(jié)式柴油發(fā)電機而言，其輸出的轉(zhuǎn)矩直接與噴射量有關(guān)，所以為了分析相同負荷條件下轉(zhuǎn)速對性能的影響，這里將柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性定義為，將負荷率固定在小于1的某一值上時，性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。這里負荷率指實際噴射量與該轉(zhuǎn)速下最大噴射量的比值。由于負荷率從零到1之間可以設(shè)為許多值，所以部分負荷速度特性曲線也有許多條。而且柴油發(fā)電機不同負荷對фc基本沒有影響，所以在部分負荷下中。
隨n的變化特性基本上與外特性相似，只是因δgf不同，所以部分速度特性時的空燃比不同。因此，在高速時，負荷越大，δgf越多，后燃部分增加，所以熱效率下降更明顯。因此，部分負荷速度特性上ttq隨n的變化特性為，在低速區(qū)負荷越小ttq隨n增加的速率越快，但在高速時卻緩慢。因此，ttq和be在部分負荷速度特性上，隨不同負荷形成低速區(qū)隨負荷的減小曲線間距寬、在高速區(qū)隨負荷的增加曲線更密集的曲線組。對于柴油發(fā)電機，當(dāng)80％負荷時be隨速度變化曲線最低，即經(jīng)濟性最佳，此時混合氣燃燒充分。而輸出功率曲線，由式（7-19）可知，主要取決于ttq和n的乘積。而ttq隨n變化平坦，且不同負荷下的曲線基本平行，所以功率曲線在低速區(qū)較密集，高速區(qū)較稀疏（圖2）。
柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性曲線圖
什么是風(fēng)冷式柴油發(fā)電機？風(fēng)冷式柴油發(fā)電機組是否與眾不同？
淺談6kv移動柴油發(fā)電機組國四排放標(biāo)準(zhǔn)
機油對零件磨損和摩擦的重要性
哪個品牌柴油發(fā)電機組省油?
康明斯柴油發(fā)電機維護保養(yǎng)步驟圖
柴油發(fā)電機組彈簧減震器和耦合裝配要求
可商用也可家用，盤點一下家庭用柴油發(fā)電機優(yōu)缺點
柴油機潤滑油的牌號分類、等級和作用
速度特性是指柴油發(fā)電機在正常工作條件下，負荷一定時，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨其轉(zhuǎn)速的變化特性。這里，柴油發(fā)電機的正常工作條件是指柴油發(fā)電機的冷卻水溫和潤滑油溫度正常（80℃），點火時期和空燃比調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。而負荷一定是指控制柴油發(fā)電機負荷的條件一定。此時，通過調(diào)節(jié)測功器的負載，改變柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，讀取不同轉(zhuǎn)速下柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，繪出柴油發(fā)電機在該負荷條件下的一組速度特性曲線。而所要測量的柴油發(fā)電機性能指標(biāo)，有柴油發(fā)電機的動力性指標(biāo)（pe、ttq）、經(jīng)濟性指標(biāo)（b、be）和排放特性指標(biāo)（co、hc、nox及pm等的排放量）等。
由于負荷設(shè)定的條件不同，柴油發(fā)電機的速度特性又分為全負荷速度特性（外特性）和部分負荷速度特性。全負荷速度特性是指控制負荷的加速踏板位置處在最大位置時的速度特性，由此評價柴油發(fā)電機在各轉(zhuǎn)速下的最大做功能力，所以只有一條曲線。而部分負荷速度特性是指加速踏板位置處在小于全負荷的任一位置時的速度特性，所以有許多條曲線。由于柴油發(fā)電機中進入氣缸的是純空氣，因此фc的大小只提供產(chǎn)生多大轉(zhuǎn)矩的可能性，而實際輸出的轉(zhuǎn)矩的大小主要取決于每個循環(huán)的實際噴射量δg。根據(jù)充氣效率的定義фc＝m1/ms和過量空氣系數(shù)的定義фc＝m1/（δgl0），將式（7-19）的轉(zhuǎn)矩式改寫為
......................(公式1)
式中，δg為循環(huán)噴射量（g/循環(huán)）；k5為常數(shù)，即k5＝k2l0/ms；ms為進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的空氣量（kg）；m1為實際進入氣缸的空氣量（kg）；l0為1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量（kg/kg）。
一、全負荷速度特性（外特性）
在柴油發(fā)電機上普及電控技術(shù)以后，實現(xiàn)了數(shù)字化控制。傳統(tǒng)的機械式柴油發(fā)電機外特性可定義為將油量調(diào)節(jié)機構(gòu)（如加速踏板或油量調(diào)節(jié)拉桿位置）固定在額定功率循環(huán)供油量位置時，柴油發(fā)電機性能隨轉(zhuǎn)速的變化特性。但是數(shù)字化控制以后，加速踏板位置僅僅是一種信號，不直接控制噴射量。所以，電控柴油發(fā)電機的全負荷速度特性可定義為，在已確定各轉(zhuǎn)速下最大噴射量的條件下，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化特性。對發(fā)電用柴油發(fā)電機，在確定各轉(zhuǎn)速下的最大噴射量時，需要考慮根據(jù)各轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的最大噴射量，以及根據(jù)各轉(zhuǎn)速下所允許的煙度排放限定值確定的最大噴射量。這里的煙度限定值為當(dāng)前推行的排放法規(guī)中規(guī)定的限定值。由于這兩種方式確定的最大噴射量有可能不相同，所以在實際控制過程中，通過ecu進行最小化處理，選擇兩者之間的較小值并設(shè)定為該轉(zhuǎn)速下的最大噴射量。
1．ttq歷程分析
由于柴油發(fā)電機無節(jié)氣門的節(jié)流損失，進氣流動阻力小，所以фc隨轉(zhuǎn)速的變化曲線比較緩慢。但是根據(jù)發(fā)電用柴油發(fā)電機性能要求所設(shè)計的進氣管系和配氣相位，其фc也是在某一低轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)峰值，低于或高于該轉(zhuǎn)速，фc都有所下降。這種фc的變化特性，為燃油噴射量及氣缸的做功能力提供了依據(jù)。對電控柴油發(fā)電機，由于噴射量的設(shè)定相對獨立，而不受機械式噴油泵的供油速度特性的影響。因此，基于фc的特性，基本上根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩特性設(shè)定最大噴射量。
現(xiàn)代發(fā)電用柴油發(fā)電機基本上都采用廢氣渦輪增壓和電控高壓噴射技術(shù)。對廢氣渦輪增壓而言，一般在柴油發(fā)電機的高速區(qū)比較容易實現(xiàn)增壓，因此高速時氣缸的做功能力得到提高。但是在低速時由于柴油發(fā)電機的排氣流量較小，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速較低，增壓程度不夠，所以為了提高低速轉(zhuǎn)矩需要加大噴射量。因此，在外特性上循環(huán)噴射量的變化特性如圖1b中的δgf曲線所示，在低速區(qū)δgf隨n的增加而增加；當(dāng)n升高到增壓器正常工作區(qū)以后，隨n的增加δgf有減小的趨勢。因此，在低速區(qū)ηi和ηm變化不大，但δgf增加，所以ttq迅速增加到最大值。增壓柴油發(fā)電機受缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力的限制，使得最大ttq，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍較寬，即外特性轉(zhuǎn)矩曲線存在平頂區(qū)，然后隨n的進一步增加，δgf基本保持不變或有所減小，而ηi和ηm降低明顯，所以ttq也隨n升高而降低（圖1）。
2．pe歷程分析
根據(jù)式（2-19）中pe與ttqn的關(guān)系，由于ttq變化平坦，所以在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)pe幾乎與n呈線性增加，很難確定像汽油機那樣的峰值功率點。其結(jié)果使功率為零的最大轉(zhuǎn)速nmax非常高，若不控制就會出現(xiàn)飛車的危險。因此，柴油發(fā)電機設(shè)定噴射量控制map時，專門設(shè)定限制極限轉(zhuǎn)速的噴射量map圖，以防超速飛車事故。
3．be歷程分析
在低速區(qū)隨n的增加，氣缸內(nèi)氣流強度增加，改善混合氣的形成和燃燒條件，所以ηi有所增加，而ηm變化不大，故be減小。當(dāng)n升高到使ηi和ηm的乘積達到最大值時，be達到最小。然后，隨n的進一步升高，因混合氣形成和燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角增大，燃燒損失增加，ηi降低，同時ηm也降低，所以be逐漸增大。但在整個轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)be隨n變化不大。這也是柴油發(fā)電機經(jīng)濟性好的原因之一。
高壓共軌增壓直噴柴油發(fā)電機外特性曲線圖
二、部分負荷速度特性
傳統(tǒng)的機械式柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性定義為控制供油量的齒條（或拉桿）位置固定在小于最大供油量的某一位置時，柴油發(fā)電機的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。但是，對數(shù)字化控制的現(xiàn)代電控柴油發(fā)電機而言，加速踏板的開度實際上只是代表著不同轉(zhuǎn)速下所需求的柴油發(fā)電機輸出轉(zhuǎn)矩的大小。即使加速踏板開度一定，不同轉(zhuǎn)速下的噴射量，由于性能要求不同，噴射量的標(biāo)定結(jié)果也有很大的區(qū)別，因此，如何定義現(xiàn)代柴油發(fā)電機的部分速度特性還沒有明確規(guī)定。對質(zhì)調(diào)節(jié)式柴油發(fā)電機而言，其輸出的轉(zhuǎn)矩直接與噴射量有關(guān)，所以為了分析相同負荷條件下轉(zhuǎn)速對性能的影響，這里將柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性定義為，將負荷率固定在小于1的某一值上時，性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。這里負荷率指實際噴射量與該轉(zhuǎn)速下最大噴射量的比值。由于負荷率從零到1之間可以設(shè)為許多值，所以部分負荷速度特性曲線也有許多條。而且柴油發(fā)電機不同負荷對фc基本沒有影響，所以在部分負荷下中。
隨n的變化特性基本上與外特性相似，只是因δgf不同，所以部分速度特性時的空燃比不同。因此，在高速時，負荷越大，δgf越多，后燃部分增加，所以熱效率下降更明顯。因此，部分負荷速度特性上ttq隨n的變化特性為，在低速區(qū)負荷越小ttq隨n增加的速率越快，但在高速時卻緩慢。因此，ttq和be在部分負荷速度特性上，隨不同負荷形成低速區(qū)隨負荷的減小曲線間距寬、在高速區(qū)隨負荷的增加曲線更密集的曲線組。對于柴油發(fā)電機，當(dāng)80％負荷時be隨速度變化曲線最低，即經(jīng)濟性最佳，此時混合氣燃燒充分。而輸出功率曲線，由式（7-19）可知，主要取決于ttq和n的乘積。而ttq隨n變化平坦，且不同負荷下的曲線基本平行，所以功率曲線在低速區(qū)較密集，高速區(qū)較稀疏（圖2）。
柴油發(fā)電機的部分負荷速度特性曲線圖
什么是風(fēng)冷式柴油發(fā)電機？風(fēng)冷式柴油發(fā)電機組是否與眾不同？
淺談6kv移動柴油發(fā)電機組國四排放標(biāo)準(zhǔn)
機油對零件磨損和摩擦的重要性
哪個品牌柴油發(fā)電機組省油?
康明斯柴油發(fā)電機維護保養(yǎng)步驟圖
柴油發(fā)電機組彈簧減震器和耦合裝配要求
可商用也可家用，盤點一下家庭用柴油發(fā)電機優(yōu)缺點
柴油機潤滑油的牌號分類、等級和作用