第三節(jié)-柴油機的性能指標

1

§1-3柴油機的性能指標指標的作用：用來從總體上或從某一方面來判斷或衡量一臺柴油機的性能。包括：動力性指標、經(jīng)濟性指標、運轉(zhuǎn)性指標（冷起動、加速性與加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標、重量和外形尺寸指標等。

2

§1-3柴油機的性能指標1.動力性指標2.經(jīng)濟性指標3.其他常用參數(shù)性能指標3

§1-3柴油機的性能指標性能指標的分類：指示指標有效指標評價氣缸內(nèi)工作完善程度的指標，考慮燃燒的完善程度和傳熱損失。在指示指標的基礎(chǔ)上考慮了機械損失后，在柴油機輸出軸上所得到的指標。柴油機的工作參數(shù)表征柴油機的機械負荷、熱負荷、基本結(jié)構(gòu)和強化程度的參數(shù)。4

1.動力性指標——用以評價柴油機對外作功能力的指標。動力性指標1.1平均指示壓力pi1.2指示功率Pi1.4有效功率Pe

1.5平均有效壓力pe1.3機械效率ηm1.6轉(zhuǎn)速和活塞平均速度

5

2.柴油機的經(jīng)濟性指標指示油耗率gi指示熱效率ηi有效油耗率ge有效熱效率ηe經(jīng)濟性指標6

柴油機性能指標兩大類指示指標（以氣缸為基礎(chǔ)）

有效指標（以飛輪輸出端為基礎(chǔ)）

動力性指標pi－平均指示壓力

pe－平均有效壓力Pi－指示功率Pe－有效功率經(jīng)濟性指標ηi－指示熱效率ηe－有效熱效率gi－指示燃油消耗率ge－有效燃油消耗率ηm7

1.1平均指示壓力pi定義：發(fā)動機每個工作循環(huán)，單位氣缸容積所做的指示功Li。Pi=Li/Vs(N/m2或pa)作用：

用來比較不同類型和不同氣缸尺寸的氣缸工作容積的做功能力；評價氣缸工作容積的利用程度。

Pi↑——氣缸強化程度↑，工作循環(huán)完善程度↑。影響Pi因素：（循環(huán)供油量和燃燒質(zhì)量）

p12（1）（2）（3）（4）。從柴油機工作循環(huán)完善的角度進行分析。判斷下列哪種情形的Pi高？為什么？增壓機與非增壓機；四沖程機與二沖程機；二沖程直流掃氣與彎流掃氣。8

1.2指示功率Pi定義：

發(fā)動機在單位時間內(nèi)氣缸內(nèi)工質(zhì)推動活塞所做的功（kW）。對既定柴油機而言，∵VS和m為定值，令C=VSm/60000，C——氣缸常數(shù)?！嗌鲜娇杀磉_為：Pi=Cpinim——沖程數(shù)“四”取1/2;“二”取19

1.3機械效率ηm1）機械損失——指作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的（有效功率）過程中所損失的功率。機械損失的功率Pm作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的過程中所損失的功率。包括：摩擦損失——活塞環(huán)與缸套之間最大拖動損失——隨轉(zhuǎn)速↑而加大；泵氣損失——僅發(fā)生在非增壓四沖程機。（增壓機不但不損失，反而增加規(guī)律；二沖程機無進排氣沖程，為零）。10

1.3機械效率ηm2）機械效率ηm

ηm=（Pi-Pm

）/Pi

=1-Pm/Pi

從上式可知：Pm

↑→ηm↓機械效率ηm影響因素：負荷、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質(zhì)量等。對同一臺柴油機而言：

n不變，負荷↑→ηm

↑。柴油機空載運行，全部指示功消耗于摩擦損失，ηm

=0。負荷不變，n↑→摩擦耗功↑→ηm

↓通常柴油機出廠時，廠家以ηm—n的形式給出ηm值，可根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負荷查出ηm。11

1.4有效功率Pe定義：柴油機曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

注：實際使用時，Pe

不是通過計算，而是由測功器測出。制動功率（BHP，BrakeHorsePower）——在柴油機試驗臺上用水力測功器（電力測功器）測定輸出扭矩再計算出的功率。軸功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP＞

SHP。12

1.4平均有效功率Pe定義：柴油機曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

注：實際使用時，Pe

不是通過計算，而是由測功器測出。制動功率（BHP，BrakeHorsePower）——在柴油機試驗臺上用水力測功器（電力測功器）測定輸出扭矩再計算出的功率。軸功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP＞

SHP。13

2.1指示熱效率與指示油耗率1）指示熱效率ηi

指示功的熱當(dāng)量與相應(yīng)消耗的燃料熱當(dāng)量之比。若測得：柴油機每小時油耗量為B(kg/h)，查得：燃油的發(fā)熱值為Hu，一般取值為42700(kj/kg)。則：燃料的熱當(dāng)量為：B×Hu

/3600(kj/s;kW)

那么：ηi=3600Pi/B×Hu

2）指示油耗率gi

指單位指示功率每小時燃油消耗量。

gi=B/Pi（kg/kW·h）指示熱效率與指示油耗率的關(guān)系：（成反比關(guān)系）14

2.2有效燃油消耗率與有效效率1）有效燃油消耗率ge

——每一千瓦有效功率每小時消耗的燃油量。ge=B/Pe（kg/kW·h）

ge的意義：①評價不同形式柴油機的經(jīng)濟性； ②用來計算航次載油量和油艙容積。2）有效熱效率ηe

——曲軸有效功所消耗的熱量。15

3.柴油機其他常用參數(shù)3.1最高爆發(fā)壓力pZ3.2排氣溫度tr3.3活塞的平均速度Cm3.4行程缸徑比S/D3.5強化系數(shù)pe·Cm3.6壓縮比ε3.7重量指標3.8外形尺寸指標——表征柴油機機械負荷、熱負荷、基本結(jié)構(gòu)、強化程度和排放性能的參數(shù)。16

3.1最高爆發(fā)壓力pZ表征柴油機機械負荷的主要參數(shù)之一。

pZ

↑——動力性↑、經(jīng)濟性↑但過大→尺寸↑，笨重；

——應(yīng)力↑

——變形、疲勞裂紋→可靠性、壽命↓；

——磨損↑

——振動噪音↑

pZ

取值范圍：

非增壓機pZ=6～8MPa

增壓低速二沖程機pZ=7～15MPa

增壓中高速機pZ=7～17MPa

3.2排氣溫度tr表征柴油機熱負荷的主要參數(shù)之一。用來衡量缸內(nèi)熱負荷大小和燃燒質(zhì)量，一般不大于550℃。17

18

3.3活塞的平均速度Cm

Cm↑→柴油機功率Pe↑；但

Cm↑——機械負荷↑、熱負荷↑、磨損↑解決辦法：

——柴油機采用長行程、低轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳推進效率。

19

3.4行程缸徑比S/D——是柴油機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。1）S/D↑→曲柄半徑R↑→柴油機寬度、高度、重量↑2）S/D↑（一般轉(zhuǎn)速↓）→往復(fù)慣性力↓→機械負荷↓3）S/D↑→氣缸散熱面積↑→熱負荷↓（缸套熱負荷↑、缸蓋熱負荷↓）4）S/D↑，在同等壓縮比情況下，燃燒室容積Va↑→混合質(zhì)量↑5）S/D↑→掃氣效果↓，對直流掃氣影響小，對彎流掃氣影響大（彎流掃氣S/D＜2.2）6）S/D↑→曲柄半徑R↑→曲軸剛度↓7）S/D↑→振動↑。短行程柴油機：長行程柴油機：超長行程柴油機：20

3.4行程缸徑比S/D3.5強化系數(shù)

pe·Cm表征柴油機受熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度。取值參見表1-621

22

3.6壓縮比ε對性能影響很大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。1）對經(jīng)濟性影響ε↑→經(jīng)濟性↑（ε＞12影響減弱

），但ε↑↑→Va↓

對霧化、燃燒不利→經(jīng)濟性↓2）對動力性及機械負荷的影響——決定ε上限取值ε↑→壓縮壓力p↑→爆發(fā)壓力pz

↑→動力性↑→機械負荷、磨損↑增壓機∵進氣壓力↑→爆發(fā)壓力pz

已經(jīng)較高，故↓ε，避免pz

過高。（隨技術(shù)和材料技術(shù)的↑，ε

已達16～19）3）對燃燒起動性影響——決定ε下限取值

ε↓→壓縮壓力p↓→壓縮終點溫度↓（柴油機考壓燃點火）→起動性↓。3.7重量指標——通常以比重量來衡量。比重量（gw）又稱單位功率重量，即：

（kg/kw）23

24

3.8外形尺寸指標外形尺寸指標又稱緊湊性指標，是指柴油機總體布置緊湊程度的指標。通常以柴油機的單位體積功率來衡量。單位體積功率Nv，即：

（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H為柴油機的最大長、寬、高尺寸。25

排放污染指標柴油機的有害排放物：船舶柴油機的排放受到國際海事組織公約的限制排放物

中速機g/(kW.h)低速機g/(kW.h)NOX1217CO

1.61.6HC

0.50.5CO2660660SO24.2×%S4.2×%S船用柴油機的發(fā)展.一、船舶柴油機的發(fā)展1776年瓦特蒸汽機1876年奧托四沖程煤氣機1880年D.Clerk／J.Robson／K.Benz二沖程內(nèi)燃機1892年RudolfDiesel壓縮發(fā)火內(nèi)燃機1897年MAN公司首次使用柴油機1904年柴油機首次用于船舶推進裝置1927年在柴油機上正式使用Bosch噴油泵1927年MAN公司制造了廢氣渦輪增壓器20世紀50年代中后期四項重大技術(shù)：大缸徑、焊接結(jié)構(gòu)、透平技術(shù)、劣質(zhì)燃油20世紀60、70年代子控制技術(shù)的使用2000年以后智能型柴油機的使用二、現(xiàn)代船用大型低速柴油機的結(jié)構(gòu)特點采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器增大行程缸徑比S/D提高最高燃燒壓力pz與平均有效壓力pe之比增大壓縮比ε采用可變噴油定時（VIT)機構(gòu)（variationalignitiontiming)燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)

船用柴油機的發(fā)展采用旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動機構(gòu)采用薄壁軸承曲軸上增設(shè)軸向減振器焊接曲軸軸帶發(fā)電機（PTO）（PowerTakeOff)船用柴油機的發(fā)展三.船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船用低速柴油機的主要參數(shù)機型RTA48TRTA58TRTA68TRT-FLEX60CS50MC-CS60MC-CS70MC-CS60ME-C缸徑（mm）480580680600500600700600行程（mm）20002416272022502000240028002400行程缸徑比S/D4.174.174.03.754.04.04.04.0轉(zhuǎn)速（r／min）1241039211412710591105活塞平均速度（m/s）8.38.38.38.558.58.48.58.4平均有效壓力（bar）18.218.218.219.519191919.0最高燃燒壓力（Mpa）14.214.214.215.515.0單缸功率（Kw/p>