第三节_柴油机的性能指标

1、1 NoImage1-3 柴油机的性能指标柴油机的性能指标指标的作用：指标的作用： 用来从总体上或从某一方面来判断或衡量一台柴油机的性能。 包括：包括： 动力性指标、经济性指标、运转性指标（冷起动、加速性与动力性指标、经济性指标、运转性指标（冷起动、加速性与加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸指标等。指标等。 2 NoImage1-3 柴油机的性能指标柴油机的性能指标1. 动力性指标2. 经济性指标3. 其他常用参数性能指标3 NoImage1-3 柴油机的性能指标柴油机的性能指标性能指标的分类：性能指标的分类：指示指标有效指

2、标评价气缸内气缸内工作完善程度的指标，考虑燃烧燃烧的完善程度和传热传热损失。在指示指标的基础上考虑了机械损失后，在柴油机输出轴上所得到的指标。 柴油机的工作参数表征柴油机的机械负荷、热负荷、基本结构和强化程度的参数。 4 NoImage1. 动力性指标用以评价柴油机对外作功能力的指标。动力性指标1. 1 平均指示压力 pi1.2 指示功率Pi1.4有效功率Pe 1.5平均有效压力 pe1.3机械效率m1.6 转速和活塞平均速度 5 NoImage2. 柴油机的经济性指标指示油耗率gi指示热效率i有效油耗率ge有效热效率e经济性指标6 NoImage柴油机性能指标两大类m7 NoImage1.1

3、 平均指示压力平均指示压力pi定义：定义： 发动机每个工作循环，单位气缸容积所做的指示功Li。 Pi=Li / Vs (N/m2或pa) 作用：作用： 用来比较不同类型和不同气缸尺寸的气缸工作容积的做功能力；评价气缸工作容积的利用程度。 Pi气缸强化程度强化程度 ，工作循环完善程度工作循环完善程度。 影响影响Pi因素：因素：（循环供油量和燃烧质量） p12（1）（2）（3）（4）。 从柴油机工作循环完善的角度进行分析。 判断下列哪种情形的判断下列哪种情形的Pi高？为什么？高？为什么？ 增压机与非增压机；四冲程机与二冲程机；二冲程直流扫气与弯流扫气。 8 NoImage1.2 指示功率指示功率P

4、i 定义：定义： 发动机在单位时间内气缸内工质推动活塞所做的功（kW）。)(60000kWnimVpPsii对既定柴油机而言，VS和m为定值，令 C= VS m /60000， C气缸常数。 上式可表达为：Pi = C pi n im冲程数 “四”取1/2;“二”取19 NoImage1.3 机械效率m1）机械损失）机械损失 指作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的（有效功率）过程中所损失的功率。机械损失的功率机械损失的功率Pm 作用在活塞上的指示功率传递到曲轴的过程中所损失的功率。 包括：包括： 摩擦损失活塞环与缸套之间最大 拖动损失随转速而加大； a.泵气损失仅发生在非增压四冲程机。（增压机不

5、但不损失，反而增加规律；二冲程机无进排气冲程，为零）。10 NoImage1.3 机械效率m2）机械效率）机械效率m m=（ Pi - Pm ）/ Pi =1- Pm / Pi 从上式可知：Pm m机械效率机械效率m影响因素：影响因素： 负荷、转速、滑油温度、冷却水温、安装质量等。对同一台柴油机而言：对同一台柴油机而言： n不变，负荷 m 。柴油机空载运行，全部指示功消耗于摩擦损失， m = 0。 负荷不变，n 摩擦耗功 m 通常柴油机出厂时，厂家以通常柴油机出厂时，厂家以mn 的形式给出的形式给出m值值，可根据使用转速和负荷查出m。11 NoImage1.4 有效功率Pe定义：定义： 柴油机

6、曲轴飞轮端单位时间所输出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m 注：实际使用时， Pe 不是通过计算，而是由测功器测出。制动功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油机试验台上用水力测功器（电力测功器）测定输出扭矩再计算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee轴功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP SHP。12 NoImage1.4 平均有效功率Pe定义：定义： 柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m 注：实际使用时， Pe 不是通过计算，而是由测功器测出

7、。制动功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油机试验台上用水力测功器（电力测功器）测定输出扭矩再计算出的功率。)(955010006021000kWnMnMMPeeee轴功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP SHP。13 NoImage2.1 指示热效率与指示油耗率1）指示热效率）指示热效率i 指示功的热当量与相应消耗的燃料热当量之比。 若测得：柴油机每小时油耗量为B ( kg / h ) ，查得：燃油的发热值为Hu，一般取值为42700 ( kj / kg ) 。则：燃料的热当量为： B Hu /3600 ( k

8、j / s ; kW ) 那么： i = 3600Pi / B Hu 2）指示油耗率）指示油耗率gi 指单位指示功率每小时燃油消耗量。 gi=B/Pi（kg /kW h） 指示热效率与指示油耗率的关系：（成反比关系） uiiHg360014 NoImage2.2 有效燃油消耗率与有效效率1）有效燃油消耗率）有效燃油消耗率ge 每一千瓦有效功率每小时消耗的燃油量。 ge =B/Pe（kg/kWh） ge的意义的意义：评价不同形式柴油机的经济性； 用来计算航次载油量和油舱容积。 2）有效热效率）有效热效率e 曲轴有效功所消耗的热量。miueeBHP360015 NoImage3. 柴油机其他常用参

9、数3.1 最高爆发压力最高爆发压力pZ3.2 排气温度排气温度tr3.3 活塞的平均速度活塞的平均速度Cm3.4 行程缸径比行程缸径比S/D3.5 强化系数强化系数peCm3.6 压缩比压缩比3.7 重量指标重量指标3.8 外形尺寸指标外形尺寸指标表征柴油机机械负荷、热负荷、基本结构、强化程度和排放性能的参数。16 NoImage3.1最高爆发压力pZ表征柴油机机械负荷的主要参数之一。 pZ 动力性、经济性 但过大尺寸，笨重； 应力 变形、疲劳裂纹可靠性、寿命； 磨损 振动噪音 pZ 取值范围： 非增压机 pZ = 68 MPa 增压低速二冲程机 pZ = 715 MPa 增压中高速机 pZ

10、= 717 MPa 3.2 排气温度tr表征柴油机热负荷的主要参数之一。 用来衡量缸内热负荷大小和燃烧质量，一般不大于550。17 18 NoImage3.3 活塞的平均速度Cm Cm 柴油机功率Pe；但 Cm 机械负荷 、热负荷 、磨损 解决办法： 柴油机采用长行程、低转速，提高螺旋桨推进效率。 30602SnSnCm19 NoImage3.4 行程缸径比行程缸径比 S/D是柴油机的主要结构参数之一。 1） S/D 曲柄半径R 柴油机宽度、高度、重量 2）S/D （一般转速） 往复惯性力 机械负荷 3） S/D 气缸散热面积 热负荷 （缸套热负荷、缸盖热负荷 ） 4） S/D ，在同等压缩比

11、情况下，燃烧室容积Va 混合质量 5） S/D 扫气效果 ，对直流扫气影响小，对弯流扫气影响大（弯流扫气S/D 2.2） 6） S/D 曲柄半径R 曲轴刚度 7） S/D 振动。 短行程柴油机：2.5S D 长行程柴油机：2.53.0S D超长行程柴油机：3.0S D 20 3.4 行程缸径比行程缸径比 S/D3.5 强化系数 peCm 表征柴油机受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度。 取值参见表1-6 21 22 NoImage3. 6压缩比 对性能影响很大的结构参数。 1）对经济性影响 经济性 （ 12影响减弱 ） ，但 Va 对雾化、燃烧不利经济性 2）对动力性及机械负荷的影响决定上限

12、取值 压缩压力p 爆发压力pz 动力性 机械负荷、磨损 增压机进气压力 爆发压力pz 已经较高，故 ，避免pz 过高 。（随技术和材料技术的 ， 已达1619） 3）对燃烧起动性影响决定下限取值 压缩压力p 压缩终点温度 （柴油机考压燃点火） 起动性。3.7 重量指标通常以比重量来衡量。 比重量（gw）又称单位功率重量，即： ewwPGg （kg/kw）23 24 NoImage3.8 外形尺寸指标外形尺寸指标又称紧凑性指标，是指柴油机总体布置紧凑程度的指标。 通常以柴油机的单位体积功率来衡量。 单位体积功率Nv，即： VPPev（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H为柴油机的最大长、

13、宽、高尺寸。25 NoImage排放污染指标柴油机的有害排放物： 船舶柴油机的排放受到国际海事组织公约的限制等2,SONOHCCOx船用柴油机的发展.一、船舶柴油机的发展1776年瓦特蒸汽机1876年奥托四冲程煤气机1880年D.ClerkJ.RobsonK.Benz二冲程内燃机1892年Rudolf Diesel压缩发火内燃机1897年MAN公司首次使用柴油机1904年柴油机首次用于船舶推进装置1927年在柴油机上正式使用Bosch喷油泵1927年MAN公司制造了废气涡轮增压器20世纪50年代中后期四项重大技术：大缸径、焊接结构、透平技术、劣质燃油20世纪60、70年代子控制技术的使用200

14、0年以后智能型柴油机的使用二、现代船用大型低速柴油机的结构特点二、现代船用大型低速柴油机的结构特点采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器增大行程缸径比增大行程缸径比S/DS/D提高最高燃烧压力提高最高燃烧压力p pz z与平均有效压力与平均有效压力p pe e之比之比增大压缩比增大压缩比采用可变喷油定时（采用可变喷油定时（VIT)VIT)机构（机构（variational variational ignition timing)ignition timing)燃烧室部件普遍采用钻孔冷却结构燃烧室部件普遍采用钻孔冷却结构 船用柴油机的发展采用旋转式排

15、气阀及液压式气阀传动机构采用旋转式排气阀及液压式气阀传动机构 采用薄壁轴承采用薄壁轴承曲轴上增设轴向减振器曲轴上增设轴向减振器 焊接曲轴焊接曲轴 轴带发电机（轴带发电机（PTOPTO）（）（PowerPower Take Off) Take Off)船用柴油机的发展三三. .船舶柴油机的现状和发展趋势船舶柴油机的现状和发展趋势 船用低速柴油机的主要参数船用低速柴油机的主要参数船用柴油机的发展三三. .船舶柴油机的现状和发展趋势船舶柴油机的现状和发展趋势 船用中速柴油机的主要参数船用中速柴油机的主要参数船用柴油机的发展四四. .船舶柴油机的现状和发展趋势船舶柴油机的现状和发展趋势研究趋势为：研究趋势为：（1 1）提高经济性的研究，包括燃烧、增压、）提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等。低摩擦