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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Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq和平均有效壓力pme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Pme、Ttq及Pe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、Pe、Ttq及Pme。均可)為變量(橫坐標(biāo)),繪出燃料消耗率be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NOx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ηi隨負(fù)荷的增加而增加。同時(shí),機(jī)械效率由ηm=1-Pmm/Pmi得出,當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí),摩擦損失基本保持不變,Pmm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pmi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ηi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),ηm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ηi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ηi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)ηi的影響不明顯。因此,由式(1)可知,隨負(fù)荷的增加,ηm增加,而ηi降低,所以be降低,但其降低速度受到限制。隨負(fù)荷繼續(xù)增加到使ηi和ηm的乘積達(dá)到最大值(ηiηm)max時(shí),be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,ηi明顯降低,而此時(shí)ηm增加不多,致使be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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