柴油发电机升功率与排气量的相互关系

　　摘要：柴油发电机的输出功率与其发电机排量之间存在直接的正相关关系，排量越大，供应更高功率的潜力越大。排量是功率的基本，但不是唯一决定条件，也非大概的线性比例关系，而是受到多种因素影响。对于升功率，可简化的理解为排气量是肌肉，升功率是爆发力，小个子更容易练出超高爆发力，大块头则侧重长久力量。因此，选用柴油发电机时，应以额定输出容量为具体依据，而非仅看排量。

　　（1）排量：是指发电机所有汽缸工作容积的总和（单位通常是升或立方厘米），如图1所示。它代表了发电机在一次完整的工作循环中可以吸入的混合气（空气和燃油）的最大体积。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（2）容量：是发电机做功快慢的度量（单位通常是KW或马力），最终转化为发电机的电能输出。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      柴油发电机作业原理的简单分述就是通过在汽缸内部燃烧燃料，推动活塞往复做功，让机械连续运转。气缸都有一个活塞运转的上止点和下止点。活塞就是在这两个止点之间来回往复运动的。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      气缸上止点与下止点之间的长度乘以活塞的表面积即为单缸排气量，这样的得出的一个体积参数（就是“升”）就是单缸的排量。现在的好多内燃机都是多缸柴油发电机，像通常的小型机组就有4个工作气缸，那么这台发电机总的排量就是单缸的排气量乘以发电机的气缸数目。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      柴油发电机的能量转化过程，柴油发电机的曲轴输出时在克服机械摩擦，减去泵和风扇等附件消耗后的输出功，一般称其为柴油发电机的高效输出功。每个循环中柴油发电机的高效输出功率与排气量的关系为：4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      其中，Pm为平均有效压力，是假定的一个不变的功用于活塞顶部的压力。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      公式显示：排量的增加能够提高发电机的高效输出功。但在提升发电机排量的同时，应考虑平均有效压力的影响。平均有效压力是衡量柴油发电机动力性能的一个重要指标。在排量相当的状况下，用途于活塞顶部压力越大，表明柴油发电机燃烧步骤释放热量更高，燃烧效果更好，对气缸工作容积利用的更加充分。这也说明了柴油发电机输出性能会受到柴油发电机燃烧性能的影响，平均高效压力的增长也是柴油发电机技术水平升高的体现，表明柴油发电机具有较好的燃油经济性和动力性。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　图1  柴油发电机排气量的物理概念图4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      排气量是决定功率潜力的基础，但实际输出功率还受到许多关键要素的显着危害，使得相同排气量的发电机功率差异很大：4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      发电机转速越高，单位时间内做功的次数就越多，即使单次燃烧产生的功率（扭转力）不变，功率也会增加。柴油发电机一般规划在相对固定的转速运转（如1500 转速或1800 转速用于50Hz/60Hz发电），但不同规划的发电机在相同转速下的效率可能不一样。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（1）涡轮增压：利用废气能量驱动涡轮，压缩进气空气，显着增加进入气缸的空气密度。这样，在相同的排气量下，可以喷入和燃烧多得多的燃油，从而大幅提升容量和功率。现代柴油发电机几乎都选择涡轮增压技术。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（2）机械增压：由发电机曲轴直接驱动压气机增压进气，效果类似涡轮增压，但响应更快，效率略低。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      对增压后的发热空气进行冷却（中冷），进一步提高其密度，使同样体积的气缸能容纳更多氧气，允许喷入更多燃油燃烧，进一步提升功率和效率，并降低排放。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（1）燃油机构：先进的燃油喷射机构（如高压共轨）能更精确地控制喷油时刻、喷油量和雾化效果，实现更充分、更清洁的燃烧，提升能量转化效率，在同等排气量和进气量下获得更多高效功。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（2）发电机规划与调校：气缸规划、气门机构、活塞连杆布置、压缩比等都会影响进排烟效率、摩擦损失和燃烧效率，从而影响最终功率输出。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（3）发电机效率：发电机发生的机械功率需要通过发电机切换成电能。发电机的效率（通常在80%-95%之间）决定了最终输出的电容量。效率高的发电机能将更多的机械能转化为电能。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（4）运转工况：环境温度、海拔高度、进气阻力、排气背压、冷却装置效率等都会影响发电机的实际进气量和燃烧状态，从而影响功率输出。高温、高海拔会致使动力不佳30kw发电机组。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      现在一般发电机铭牌上标注的排量均指的是发电机各缸的总的排气量。排气量是衡量发电机功率的重要要素之一，知道也可作为油耗大小的一个参考指标之一，一般情形下就是排量越大，油耗越大，但不是绝对的，危害发电机油耗的要素还是多方面的。 4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      康明斯对比了康明斯柴油发电机与市场其他主流柴油发电机的排气量与其升容量的分布。结果显示：不一样厂商对各自旗下不一样排气量的发电机都在进行功率提高，整体呈上升趋势。升容量越高，柴油发电机作业容积利用率也越好，组成也更紧凑。通过增加发电机的进气量和燃油供给可以高效提高升容量，但是也要同时兼顾其可靠性，一般功率密度越高，发电机所受机械应力也会更大，需要有足够的机械强度，发电机的毛重会相应增加。在关注发电机升容量的同时也需要关注发电机的容量重量比。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      升容量（单位排量容量）与发电机排气量之间存在着典型的反比关系，即排量越大的发电机，一般升容量越低。但这并非绝对规律，而是一个普遍存在的工程权衡与技术限制下的趋势。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      为了比较不同排气量发电机的技术水平，常使用升容量这个指标：4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      单位：kW/L或PS/L（公制马力/升）。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      升容量越高，说明该发电机在单位排气量下能产生的功率越大，技术水平（尤其是增压、中冷、燃烧效率）一般更高。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      例如：一台排气量10升的发电机，最大功率300kW，升功率为30kW/L；另一台同样10升的发电机，最大功率400kW，升容量为40kW/L。显然第二台发电机的技术更领先，在相同排量下榨取了更多容量。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      排量增大时，维持高升功率的难度急剧增加。因此，小排气量发电机更容易实现高升功率，而大排气量发电机的升容量一般过低。4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　① 燃烧室表面积/容积比下降：4wD康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      排量增加时，燃烧室容积延长快于表面积（几何尺度立方vs平方关系）。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　→必须减轻功率密度（即升容量），否则活塞、缸盖等会发烫故障。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      大排气量发电机的活塞/连杆品质更大，高转速下惯性力呈平方级延迟。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　→机械负载逼近材料极限，必须限制转速或功率输出。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　① 大排量发电机因惯性力问题，最高速度通常低于小排量机柴油发电机组型号参数。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　② 速度下降直接致使升功率减轻，即便功率很高。4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　① 缸径增大时，燃油/空气混合更难均匀（尤其柴油发电机靠扩散燃烧）。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　② 大缸径易引发爆震或燃烧不充分，需保守校正以保可靠性。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      柴油发电机优先追求可靠性与燃油经济性，而非极限升功率。因此多见配置：4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（1）200kW发电机组通常采取6~8L排量（升功率33~25 kW/L）。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（2）1000kW发电组机组通常选用15~25L排量（升容量40~67 kW/L）。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      由此可见，可通过多缸与大排气量减少单缸负载，保障连续运转稳定性。4wD柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　表1  柴油发电机组升功率与排量的关系简表4wD柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　综上所述，涡轮增压50千瓦柴油发电机型号、中冷技术是提高单位排量容量的关键手段，而升功率是衡量发电机技术水平的重要指标。虽然排气量是理解容量的一个重要起点，但在评估或比较柴油发电机功率时，必须综合考虑发电机的技术配置、规划效率以及发电机的整体性能数据。因此，选择柴油发电机时，关注额定容量和连续运转能力远比追求升容量重要。4wD康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力