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柴油发电机等油耗和等排放的万有特性 |
通过柴油发电机的速度特性和负荷特性，虽然能详细地分析给定条件下的经济性和动力性等，但是由于发电用柴油发电机工况变化范围广，这种性能分析具有一定的局限性，即不能在使用工况领域进行全面的分析。所以，为了正确分析与评价柴油发电机的性能，以便针对不同的机型选用更好的柴油发电机，需要弄清楚在整个使用工况范围内其性能的变化或分布情况。为了全面地表示柴油发电机在各种工况下各种性能参数的变化特性，常应用多参数性能指标特性曲线。将这种在一张图上表示多参数性能指标的特性曲线，称为万有特性。
在发电用柴油发电机上，常用的万有特性是在以平均有效压力Pme为纵坐标、转速n为横坐标的Pme-n平面上，同时表示等油耗曲线和等功率曲线，也可以表示CO、HC、NOx及烟度的等排放曲线。由此可正确地判断常用工况下的经济性和排放特性等。因此，万有特性对正确选用柴油发电机，以及对发电机组匹配研究具有重要的作用。
1、万有特性的制取方法
过去经典的万有特性的制取方法，有负荷特性法或速度特性法。用这种方法制取万有特性时，首先制取不同转速下的负荷特性曲线组（或不同负荷下的速度特性曲线组），然后以人工处理的方法，通过坐标转换，将负荷特性组（或速度特性组）转换成等油耗线的万有特性（图1）。
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图1 万有特性的制取方法 |
计算机技术的发展与普及，为试验数据处理带来了极大的方便。如MATLAB 软件或ORING软件等，将已获取的负荷特性数据按软件规定的数据格式输入，即可自动处理成万有特性。
2、等油耗万有特性
图2所示为发电用柴油发电机的等油耗万有特性。其中最内层的封闭曲线对应着柴油发电机的最经济运行工况区。等油耗线越向外，燃油消耗率越高，经济性越差。在水平（转速）方向，曲线疏密程度表示柴油发电机的经济性对转速的适应性。如果水平方向等间隔的等油耗线比较稀疏，表明转速的变化对经济性的影响较弱。否则，水平方向等油耗线
比较密集，表明在该转速领域转速的微小变化都会使得经济性恶化。同理，在垂直方向（负荷）上等油耗曲线的疏密程度，表示柴油发电机的经济性对负荷变化的适应性。如果垂直方向上曲线分布密集，表明经济性对负荷变化比较敏感。由此，可以确定如何运行柴油发电机或柴油发电机的控制策略问题。
一般对发电用柴油发电机要求最内层的封闭曲线水平方向越宽越好，以便在较宽的使用转速范围内，保证柴油发电机的经济性。对工程机械用柴油发电机而言，经常使用于负荷变化较宽的工况，因此要求最内层最经济的封闭曲线向纵向方向扩展，以保证常用工况区的经济性。
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图2 柴油发电机等油耗万有特性曲线图 |
由于Pe＝Ttqn/9550∝pmen，所以在万有特性上等功率曲线是一组双曲线，由此可得到不同工况点输出的功率大小。将外特性上对应的平均有效压力pme也画在万有特性上，就构成了万有特性的上边界，结合最低转速和额定转速可确定柴油发电机实际能运行的工况范围。
3、等排放量万有特性
通过万有特性的分析，可以确定该柴油发电机经济运行区及低排放运行区。但是，一般经济运行区和低排放运行区不一致，而且NOx（如图3）、HC（如图4）和CO（如图5）排放的最低运行工况范围也相互不一致。对动力传动系统已确定的发电机组来说，柴油发电机常用的工况主要取决于发电机组的行驶条件，即发电机组的行驶速度和档位，有级变速器的发电机组常用行驶工况一般都不会落在柴油发电机的最经济区。
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图3 NOX等排放量万有特性分布图 |
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图4 HC等排放量万有特性分布图 |
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图5 CO等排放量万有特性分布图 |
因此，研究开发节能又同时降低排放的技术措施，或如何通过动力传动系统参数的优化匹配，尽可能选择柴油发电机既经济又低排放的工作区域，对发电用柴油发电机具有重大的现实意义。
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