新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)的速度特性

 

速度特性是指柴油發(fā)電機(jī)在正常工作條件下，負(fù)荷一定時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)隨其轉(zhuǎn)速的變化特性。這里，柴油發(fā)電機(jī)的正常工作條件是指柴油發(fā)電機(jī)的冷卻水溫和潤(rùn)滑油溫度正常（80℃），點(diǎn)火時(shí)期和空燃比調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。而負(fù)荷一定是指控制柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷的條件一定。此時(shí)，通過調(diào)節(jié)測(cè)功器的負(fù)載，改變柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讀取不同轉(zhuǎn)速下柴油發(fā)電機(jī)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(jī)在該負(fù)荷條件下的一組速度特性曲線。而所要測(cè)量的柴油發(fā)電機(jī)性能指標(biāo)，有柴油發(fā)電機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)（P_e、T_tq）、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（B、b_e）和排放特性指標(biāo)（CO、HC、NO_x及PM等的排放量）等。

 

由于負(fù)荷設(shè)定的條件不同，柴油發(fā)電機(jī)的速度特性又分為全負(fù)荷速度特性（外特性）和部分負(fù)荷速度特性。全負(fù)荷速度特性是指控制負(fù)荷的加速踏板位置處在最大位置時(shí)的速度特性，由此評(píng)價(jià)柴油發(fā)電機(jī)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(fù)荷速度特性是指加速踏板位置處在小于全負(fù)荷的任一位置時(shí)的速度特性，所以有許多條曲線。由于柴油發(fā)電機(jī)中進(jìn)入氣缸的是純空氣，因此Ф_c的大小只提供產(chǎn)生多大轉(zhuǎn)矩的可能性，而實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩的大小主要取決于每個(gè)循環(huán)的實(shí)際噴射量Δg。根據(jù)充氣效率的定義Ф_c＝m₁/m_s和過量空氣系數(shù)的定義Ф_c＝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/m_s；m_s為進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的空氣量（kg）；m₁為實(shí)際進(jìn)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(fù)荷速度特性（外特性）

 

在柴油發(fā)電機(jī)上普及電控技術(shù)以后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制。傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油發(fā)電機(jī)外特性可定義為將油量調(diào)節(jié)機(jī)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(shí)，柴油發(fā)電機(jī)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(hào)，不直接控制噴射量。所以，電控柴油發(fā)電機(jī)的全負(fù)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(jī)的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化特性。對(duì)發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)，在確定各轉(zhuǎn)速下的最大噴射量時(shí)，需要考慮根據(jù)各轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)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(shí)際控制過程中，通過ECU進(jìn)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．T_tq歷程分析

 

由于柴油發(fā)電機(jī)無節(jié)氣門的節(jié)流損失，進(jìn)氣流動(dòng)阻力小，所以Ф_c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(jī)性能要求所設(shè)計(jì)的進(jìn)氣管系和配氣相位，其Ф_c也是在某一低轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)峰值，低于或高于該轉(zhuǎn)速，Ф_c都有所下降。這種Ф_c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(duì)電控柴油發(fā)電機(jī)，由于噴射量的設(shè)定相對(duì)獨(dú)立，而不受機(jī)械式噴油泵的供油速度特性的影響。因此，基于Ф_c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(jī)基本上都采用廢氣渦輪增壓和電控高壓噴射技術(shù)。對(duì)廢氣渦輪增壓而言，一般在柴油發(fā)電機(jī)的高速區(qū)比較容易實(shí)現(xiàn)增壓，因此高速時(shí)氣缸的做功能力得到提高。但是在低速時(shí)由于柴油發(fā)電機(jī)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Δg_f曲線所示，在低速區(qū)Δg_f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Δg_f有減小的趨勢(shì)。因此，在低速區(qū)ηi和η_m變化不大，但Δg_f增加，所以T_tq迅速增加到最大值。增壓柴油發(fā)電機(jī)受缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力的限制，使得最大T_tq，所對(duì)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(jìn)一步增加，Δg_f基本保持不變或有所減小，而ηi和η_m降低明顯，所以T_tq也隨n升高而降低（圖1）。

 

2．P_e歷程分析

 

根據(jù)式（2-19）中P_e與T_tqn的關(guān)系，由于T_tq變化平坦，所以在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)P_e幾乎與n呈線性增加，很難確定像汽油機(jī)那樣的峰值功率點(diǎn)。其結(jié)果使功率為零的最大轉(zhuǎn)速n_max非常高，若不控制就會(huì)出現(xiàn)飛車的危險(xiǎn)。因此，柴油發(fā)電機(jī)設(shè)定噴射量控制MAP時(shí)，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．b_e歷程分析

 

在低速區(qū)隨n的增加，氣缸內(nèi)氣流強(qiáng)度增加，改善混合氣的形成和燃燒條件，所以ηi有所增加，而η_m變化不大，故b_e減小。當(dāng)n升高到使η_i和η_m的乘積達(dá)到最大值時(shí)，b_e達(dá)到最小。然后，隨n的進(jìn)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，η_i降低，同時(shí)η_m也降低，所以b_e逐漸增大。但在整個(gè)轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)b_e隨n變化不大。這也是柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)性好的原因之一。

 

高壓共軌增壓直噴柴油發(fā)電機(jī)外特性曲線圖

 

二、部分負(fù)荷速度特性

 

傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油發(fā)電機(jī)的部分負(fù)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(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。但是，對(duì)數(shù)字化控制的現(xiàn)代電控柴油發(fā)電機(jī)而言，加速踏板的開度實(shí)際上只是代表著不同轉(zhuǎn)速下所需求的柴油發(fā)電機(jī)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(jī)的部分速度特性還沒有明確規(guī)定。對(duì)質(zhì)調(diào)節(jié)式柴油發(fā)電機(jī)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(fù)荷條件下轉(zhuǎn)速對(duì)性能的影響，這里將柴油發(fā)電機(jī)的部分負(fù)荷速度特性定義為，將負(fù)荷率固定在小于1的某一值上時(shí)，性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。這里負(fù)荷率指實(shí)際噴射量與該轉(zhuǎn)速下最大噴射量的比值。由于負(fù)荷率從零到1之間可以設(shè)為許多值，所以部分負(fù)荷速度特性曲線也有許多條。而且柴油發(fā)電機(jī)不同負(fù)荷對(duì)Ф_c基本沒有影響，所以在部分負(fù)荷下中。

 

隨n的變化特性基本上與外特性相似，只是因Δg_f不同，所以部分速度特性時(shí)的空燃比不同。因此，在高速時(shí)，負(fù)荷越大，Δg_f越多，后燃部分增加，所以熱效率下降更明顯。因此，部分負(fù)荷速度特性上T_tq隨n的變化特性為，在低速區(qū)負(fù)荷越小T_tq隨n增加的速率越快，但在高速時(shí)卻緩慢。因此，T_tq和b_e在部分負(fù)荷速度特性上，隨不同負(fù)荷形成低速區(qū)隨負(fù)荷的減小曲線間距寬、在高速區(qū)隨負(fù)荷的增加曲線更密集的曲線組。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)80％負(fù)荷時(shí)b_e隨速度變化曲線最低，即經(jīng)濟(jì)性最佳，此時(shí)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T_tq和n的乘積。而T_tq隨n變化平坦，且不同負(fù)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(jī)的部分負(fù)荷速度特性曲線圖

 

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