柴油机与柴油发电机在性能特征方面有何差异

摘要：柴油机和柴油发电机都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动汽缸内活塞作往返运动来将燃料中的化学能量转换成为驱动康明斯发电机组前进的机械能量，因此两者的作业机理大体是相同的。柴油机与柴油发电机的较主要的差别在于燃料物理特点所导致的点火方法的区别，从而表现出各自不一样的热效率、经济性、外形特点，以及容量和速度特点曲线。

      柴油与柴油的性能差异会致使发电机在混合气形成上的不一样。与柴油相比，柴油挥发性强，因而可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，因而控制混合气的数量，便能调整柴油机的容量。而柴油挥发性差，但粘性比较好，不可能在低温下形成油气混合气，但适宜用油泵油嘴向汽缸内部喷油，靠调节供油量来调节负载，而吸入的空气量基本上是不变的。

      柴油与柴油的性能差异同时会致使着火与燃烧上的不一样。柴油自燃温度较高，但柴油蒸气在外部引火要素下的温度过低，因而不宜压燃但适宜外源点火；为促使有规律的燃烧，应防止其自燃(压缩比无法高);而且由于混合气均匀，着火后，以火焰传播的步骤向均匀的混合器展开。对于柴油，则利用其化学安定性差，易自燃的特点，采用压缩自燃的方法；为促进自燃，压缩比不宜偏低，柴油的喷射及与空气的混合，既短暂有不均匀，常有随喷随烧的情形，因而使燃烧时间延长。

（1）柴油机内混合气体点燃后，瞬间燃烧，并爆发出能量，故而可以在单位时间内可以多次重复该循环，用高转速输出高容量，因而很小的体积，轻盈的体重，就能拥有过高性能和更快的响应速度，宽泛的速度区间也能够带来更好的操控感觉。但柴油机的压缩比往往只有柴油发电机的一半，做功行程时缸内温度和压力比柴油发电机低很多，所以热效率比较低发电机十大品牌，也就是俗称的“费油”。

（2）柴油发电机喷入燃料后，燃烧需要一定的时间，故而实用过低速度下让燃油充分燃烧以带来大功率，而为了对抗气缸内高压和大功率，柴油发电机的汽缸和活塞的连杆等零件都要比柴油机强壮，于是较柴油机更笨重。但也正是柴油发电机由于高压缩比低转速的特点，能把热量更好的转化成动能，于是柴油发电机有着更好的热效率，也就是更好的油耗表现。

（1）柴油发电机中，油气混合气进入汽缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，柴油发电机需要一套控制何时让火花塞作业的点火系统，为保证柴油机的正常工作，必须精确控制火花塞放电的时刻和火花能量的大小，故燃料供给系和点火系是产生损坏比例过高的部位。此外因为柴油的燃点偏低，柴油机的压缩比就不能太高，以免油气自燃，因此其热效率和经济性较柴油发电机为差。柴油机的优势在于其体积小、毛重轻、价格便宜、起动性好，较大容量时的转速高，工作中震动及噪音小。

（2）柴油发电机采用压缩空气的措施提升空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发电机无需点火系。同时，柴油发电机的供油装置也相对简单，因此柴油发电机的可靠性要比柴油发电机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油发电机压缩比很高。热效率和经济性都要好于柴油机，同时在相同容量的情形下，柴油发电机的功率大，较大容量时的转速低，适用于载货康明斯的操作。柴油发电机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本过高；另外，柴油发电机作业粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，寒冬冷车时无法着火。

      众所周知，发电机输出功率=发电机输出功率*发电机速度，也就是说，马力越大，是发电机功率和速度的乘积越大，并不代表发电机越有劲。如果发电机运转在非常高的转速，即使发电机输出功率较小，仍然能够输出较大的容量。在相同排量和技术水平下，一般柴油发电机的额定速度低功率低但最大功率大，而柴油机的额定速度高容量高但最大功率小。额定速度是发电机输出功率较大时对应的发电机速度，柴油机的额定速度是一个看得见但一般用不到的转速，一般在5000转速及以上。

      为了更清楚的说明这一点，李Sir通过发电机外特性曲线来说明。外特性曲线是发电机在不一样转速下全油门运转时的特点曲线，通常剖析操作外特性功率和外特性功率。下面的例子展示了相同马力的柴油发电机和柴油机的外特性曲线、外特点功率曲线图所示的外特点功率曲线，可以看出：

（2） 柴油发电机的怠速功率高于柴油机的怠速功率，柴油发电机低速开启有劲；（3） 柴油发电机在常用速度2000转速左右功率达到450Nm，而柴油机在同速度下功率仅有200Nm左右康明斯发电机中国官网，柴油发电机比柴油机更有劲；

（4） 在3600转速左右，柴油发电机较大容量对应的功率大约330Nm，比同转速下柴油机的功率略大；

（5） 更高速度下柴油机仍有较大功率输出，柴油发电机功率则快速下降，因为高速度实际很少操作，于是通常看不出来差别。

图1  柴油发电机和柴油机的容量对比曲线  柴油发电机和柴油机功率对比曲线

      柴油机的转速控制开关直接控制节气门开度，所以柴油机的转速特征是指节气门位置一定时柴油发电机的性能指标随速度的变化规律。柴油机的外特征曲线是指节气门开度较大时，发电机的性能指标随速度的变化规律。这里柴油发电机的性能指标详细指转矩Ttq、输出容量Pe和燃油消耗率be。

      发电用柴油发电机的转矩储备系数，是用来评价发电机组不加油门要素下的克服短期超载的能力，是表征发电机组动力性的具体指标之一。发电机组的这种性能详细取决于柴油发电机转矩的外特性曲线形状。故而，转矩储备系数定义为

为外特性上较大转矩；Ttqn为额定容量点的转矩。      转矩储备系数只表示柴油发电机转矩的变化所能克服的外界阻力变化的大小，即Фtq越大，短期超载能力越强。但对一定的外界阻力曲线康明斯发电机官方厂家，对不同的柴油发电机外特征曲线，由于Ttq随n的变化特征不同，其克服外界阻力的能力就不一样。这就是说柴油发电机对外界阻力的适应性，除中以外，还与转速变化特性有关。因此也定义转速储备系数，即

      式中，nn为额定容量点转速；ntq为较大转矩点速度。

      图3所示为当A、B两台柴油发电机的Фtq和nn（图中n1＝nn）分别相同而ntq不同（分别为n

和n2B）时所能克服的外界阻力矩的能力。其中，B柴油发电机因为较大转矩发生在过高速度区，即其操作转速范围窄，所以所能克服的较大外界阻力矩为TR2，若阻力矩进一步增加，则柴油发电机输出的转矩Ttq＜T

，克服不了外界阻力，所以转速不断减轻直到熄火。而A柴油发电机的较大转矩虽然与B柴油发电机的相同（Φtq相同），但TtqmaxA产生在更低的转速范围（n2A＜n2B），拓宽了其操作速度范围，所能克服的较大阻力矩增强到TR3（TR3＞TR2），表明A 柴油发电机克服外界阻力的潜力比B柴油发电机大。这就是说，ntq越低，Φtq越大，在不换档的因素下，柴油发电机克服阻力的能力越强，特别是有利于一档开启性能。因此，发电用柴油发电机要求低速转矩特性良好，且使用速度范围越宽越好。      兼顾Φtq和Φn对柴油发电机克服外界阻力能力的影响，引入柴油发电机适应系数中Φtqn的概念，由此衡量一台柴油发电机的动力性对外界阻力变化的适应能力，即Φ

=ΦtqΦn .........................................  (公式3)      根据上述柴油机和柴油发电机速度特性的解析，因为柴油发电机转矩随转速变化的曲线比较平缓，于是其Φtq和Φn值较小，因此与柴油机相比较，柴油发电机对外界阻力的适应能力较差。      一般，柴油机  Φ

2、较高速度            因为柴油机使用转速高，且其Φc随n变化比较陡，造成高速区Ttq迅速减小，因此功率曲线也比较陡。当速度超过额定速度时，功率迅速减小，因此限制了柴油机输出功率为零的较高转速。但是柴油发电机，因为操作转速范围较低，且Φc随n变化较小，故而Ttq随n变化平缓。因此容量随速度的增加而增加，曲线变化缓慢，故而对应输出功率为零的较高转速很高。这就是说柴油发电机限速是一个很重要且不可粗心大意的问题。特别是柴油发电机电控化以后，取消了机械式调速器，直接用数据MAP图来控制。因此，从柴油发电机运行可靠性和安全角度而言，较高转速的限速MAP图具有重要的意义，不可忽略。否则，可能出现超速损坏。

      对于柴油发电机在不一样负荷下，因为质调节，无进气节流损失，而且质调整，所以Φ

和ηi随速度变化平坦，同时柴油发电机操作转速范围比柴油机低。而柴油机随负荷的降低，节流损失增加，不仅Φc减少，而且由于残余废气系数的增加，速度也降低。因此，柴油发电机的随转速

变化缓慢，而且比柴油机的还要低。      从图4中可以读出每个特定速度下柴油发电机不同容量状态时的功率、燃油消耗率和其它参数，并可以观察出柴油发电机较佳经济运行区域。这就叫

柴油发电机的万有特性曲线，它指以柴油发电机速度为横坐标，以平均有效压力或功率为纵坐标，将柴油发电机各速度下的负载特点曲线、转速特征曲线、功率和油耗等数据综合到一起绘出的曲线  速度对储备系数的危害曲线  发电机万有特征曲线图

随着世界能源危机和、环境污染的日益严重，节约能源，保护生态环境、减轻污染已是当今世界各国的共识。大量探求结果表明，柴油发电机是日益产业化应用的各种动力机械中热效率较高、能量利用率较好、较节能、有害废气排放量较少的一种机型。在相同路况下，柴油发电机与同等排量柴油机的油耗比例为7:10。柴油发电机不但有优良的燃油经常性，还具有很大的改善潜力。世界上较先进的柴油发电机技术——CDRI(高压共轨柴油直喷技术)可使柴油发电机更节能、排放更环保，因此，越来越受到企业和用户的重视。