|
新闻主题 |
汽油机和柴油机速度特性的比较 |
摘要：汽油机和柴油机都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动气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车辆前进的机械能量，因此两者的工作原理大体是相同的。汽油机与柴油机的最主要的区别在于燃料物理特性所引起的点火方式的区别，从而表现出各自不同的热效率、经济性、外形特点，以及功率和速度特性曲线。
一、汽油机和柴油机的主要不同
1、混合气形成上的区别
汽油与柴油的性能差异会引起发动机在混合气形成上的不同。与柴油相比，汽油挥发性强，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，便能调节汽油机的功率。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荷，而吸入的空气量基本上是不变的。
2、着火与燃烧上的区别
汽油与柴油的性能差异同时会引起着火与燃烧上的不同。汽油自燃温度较高，但汽油蒸气在外部引火条件下的温度较低，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(压缩比不能高);而且由于混合气均匀，着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合器展开。对于柴油，则利用其化学安定性差，易自燃的优点，采用压缩自燃的方式；为促进自燃，压缩比不宜过低，柴油的喷射及与空气的混合，既短暂有不均匀，常有随喷随烧的现象，因而使燃烧时间延长。
3、燃油耗上的区别
（1）汽油机内混合气体点燃后，瞬间燃烧，并爆发出能量，所以可以在单位时间内可以多次重复该循环，用高转速输出高功率，因而很小的体积，轻盈的体重，就能拥有较高性能和更快的响应速度，宽泛的转速区间也能够带来更好的操控感觉。但汽油机的压缩比往往只有柴油机的一半，做功行程时缸内温度和压力比柴油机低很多，所以热效率比较低，也就是俗称的“费油”。
（2）柴油机喷入燃料后，燃烧需要一定的时间，所以适合较低转速下让燃油充分燃烧以带来大扭矩，而为了对抗气缸内高压和大扭矩，柴油机的汽缸和活塞的连杆等零件都要比汽油机强壮，所以较汽油机更笨重。但也正是柴油机因为高压缩比低转速的特性，能把热量更好的转化成动能，所以柴油机有着更好的热效率，也就是更好的油耗表现。
4、点火系统的不同
（1）汽油发动机中，油气混合气进入气缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，汽油发动机需要一套控制何时让火花塞工作的点火系统，为保证汽油机的正常工作，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发生故障比例较高的部位。此外由于汽油的燃点较低，汽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机为差。汽油机的优点在于其体积小、重量轻、价格便宜、起动性好，最大功率时的转速高，工作中振动及噪声小。
（2）柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，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，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。
二、汽油机和柴油机的外特性区别
众所周知，发动机输出功率=发动机输出扭矩*发动机转速，也就是说，马力越大，是发动机扭矩和转速的乘积越大，并不代表发动机越有劲。如果发动机运行在非常高的转速，即使发动机输出扭矩较小，仍然能够输出较大的功率。在相同排量和技术水平下，通常柴油机的额定转速低功率低但最大扭矩大，而汽油机的额定转速高功率高但最大扭矩小。额定转速是发动机输出功率最大时对应的发动机转速，汽油机的额定转速是一个看得见但一般用不到的转速，通常在5000rpm及以上。
为了更清楚的说明这一点，李Sir通过发动机外特性曲线来说明。外特性曲线是发动机在不同转速下全油门运行时的特性曲线，通常分析使用外特性功率和外特性扭矩。下面的例子展示了相同马力的柴油机和汽油机的外特性曲线。
1、外特性功率曲线
如1图所示的外特性功率曲线，可以看出：
（1） 柴油机和汽油机的最大功率一样，都是170马力；
（2） 柴油机的最大功率出现在3600rpm，汽油机的最大功率出现在4800rpm。
2、外特性扭矩曲线，
如2图所示的外特性扭矩曲线，可以看出：
（1） 虽然最大功率一致，但柴油机的扭矩明显比汽油机高；
（2） 柴油机的怠速扭矩高于汽油机的怠速扭矩，柴油机低速起步有劲；
（3） 柴油机在常用转速2000rpm左右扭矩达到450Nm，而汽油机在同转速下扭矩仅有200Nm左右，柴油机比汽油机更有劲；
（4） 在3600rpm左右，柴油机最大功率对应的扭矩大约330Nm，比同转速下汽油机的扭矩略大；
（5） 更高转速下汽油机仍有较大扭矩输出，柴油机扭矩则快速下降，因为高转速实际很少使用，所以一般看不出来区别。
|
图1 柴油机和汽油机的功率对比曲线 |
图2 柴油机和汽油机扭矩对比曲线 |
三、柴油机和汽油的速度特性区别
汽油机的速度控制开关直接控制节气门开度，所以汽油机的速度特性是指节气门位置一定时汽油发电机的性能指标随转速的变化规律。汽油机的外特性曲线是指节气门开度最大时，发电机的性能指标随转速的变化规律。这里汽油发电机的性能指标主要指转矩Ttq、输出功率Pe和燃油消耗率be。
1、适应系数
发电用柴油机的转矩储备系数，是用来评价发电机组不加油门条件下的克服短期超载的能力，是表征发电机组动力性的主要指标之一。发电机组的这种性能主要取决于柴油机转矩的外特性曲线形状。所以，转矩储备系数定义为
Φtq=Ttqmax/Ttqn....................(公式1)
式中，Ttq max为外特性上最大转矩；Ttqn为额定功率点的转矩。
转矩储备系数只表示柴油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，对不同的柴油机外特性曲线，由于Ttq随n的变化特性不同，其克服外界阻力的能力就不一样。这就是说柴油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
Φn=nn/ntq........................(公式2)
式中，nn为额定功率点转速；ntq为最大转矩点转速。
图3所示为当A、B两台柴油机的Фtq和nn（图中n1＝nn）分别相同而ntq不同（分别为n2A和n2B）时所能克服的外界阻力矩的能力。其中，B柴油机由于最大转矩出现在较高转速区，即其使用转速范围窄，所以所能克服的最大外界阻力矩为TR2，若阻力矩进一步增加，则柴油机输出的转矩Ttq＜TR，克服不了外界阻力，所以转速不断降低直到熄火。而A柴油机的最大转矩虽然与B柴油机的相同（Φtq相同），但TtqmaxA出现在更低的转速范围（n2A＜n2B），拓宽了其使用转速范围，所能克服的最大阻力矩提高到TR3（TR3＞TR2），表明A 柴油机克服外界阻力的潜力比B柴油机大。这就是说，ntq越低，Φtq越大，在不换档的条件下，柴油机克服阻力的能力越强，特别是有利于一档起步性能。因此，发电用柴油机要求低速转矩特性良好，且使用转速范围越宽越好。
兼顾Φtq和Φn对柴油机克服外界阻力能力的影响，引入柴油机适应系数中Φtqn的概念，由此衡量一台柴油机的动力性对外界阻力变化的适应能力，即
Φtqn=ΦtqΦn ......................................... (公式3)
根据上述汽油机和柴油机速度特性的分析，由于柴油机转矩随转速变化的曲线比较平缓，所以其Φtq和Φn值较小，因此与汽油机相比较，柴油机对外界阻力的适应能力较差。
一般，汽油机 Φtq＝1.25～1.35，Φn＝1.6～2.5， Φtqn=2.0~3.4；而柴油机 Φtq＝1.05～1.25，Φn＝1.4～2.0， Φtqn=1.5~2.5。
2、最高转速
由于汽油机使用转速高，且其Φc随n变化比较陡，造成高速区Ttq迅速降低，因此功率曲线也比较陡。当转速超过额定转速时，功率迅速降低，因此限制了汽油机输出功率为零的最高转速。但是柴油机，由于使用转速范围较低，且Φc随n变化较小，所以Ttq随n变化平缓。因此功率随转速的增加而增加，曲线变化缓慢，所以对应输出功率为零的最高转速很高。这就是说柴油机限速是一个很重要且不可粗心大意的问题。特别是柴油机电控化以后，取消了机械式调速器，直接用数据MAP图来控制。因此，从柴油机运行可靠性和安全角度而言，最高转速的限速MAP图具有重要的意义，不可忽略。否则，可能发生飞车事故。
3、经济性
对于柴油机在不同负荷下，由于质调节，无进气节流损失，而且质调节，所以Φc和ηi随转速变化平坦，同时柴油机使用转速范围比汽油机低。而汽油机随负荷的减小，节流损失增加，不仅Φc降低，而且由于残余废气系数的增加，转速也降低。因此，柴油机的随转速变化缓慢，而且比汽油机的还要低。
从图4中可以读出每个特定转速下柴油机不同功率状态时的扭矩、燃油消耗率和其它参数，并可以观察出柴油机最佳经济运行区域。这就叫柴油机的万有特性曲线，它指以柴油机转速为横坐标，以平均有效压力或扭矩为纵坐标，将柴油机各转速下的负荷特性曲线、速度特性曲线、功率和油耗等参数综合到一起绘出的曲线。
|
图3 转速对储备系数的影响曲线图 |
图4 发动机万有特性曲线图 |
总结：
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、减少污染已是当今世界各国的共识。大量研究结果表明，柴油机是日益产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能、有害废气排放量较少的一种机型。在相同路况下，柴油机与同等排量汽油机的油耗比例为7:10。柴油机不但有优良的燃油经常性，还具有很大的改进潜力。世界上最先进的柴油机技术——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。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：柴油发电机等油耗和等排放的万有特性
- 下一篇：柴油发电机组排气烟色的故障分析和处理
