第三节-柴油机的性能指标

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§1-3柴油机的性能指标指标的作用：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：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、重量和外形尺寸指标等。

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§1-3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

§1-3柴油机的性能指标性能指标的分类：指示指标有效指标评价气缸内工作完善程度的指标，考虑燃烧的完善程度和传热损失。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

1.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ηm1.6转速和活塞平均速度

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2.柴油机的经济性指标指示油耗率gi指示热效率ηi有效油耗率ge有效热效率ηe经济性指标6

柴油机性能指标两大类指示指标（以气缸为基础）

有效指标（以飞轮输出端为基础）

动力性指标pi－平均指示压力

pe－平均有效压力Pi－指示功率Pe－有效功率经济性指标ηi－指示热效率ηe－有效热效率gi－指示燃油消耗率ge－有效燃油消耗率ηm7

1.1平均指示压力pi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：

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↑，工作循环完善程度↑。影响Pi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Pi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

1.2指示功率Pi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）。对既定柴油机而言，∵VS和m为定值，令C=VSm/60000，C——气缸常数。∴上式可表达为：Pi=Cpinim——冲程数“四”取1/2;“二”取19

1.3机械效率ηm1）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：摩擦损失——活塞环与缸套之间最大拖动损失——随转速↑而加大；泵气损失——仅发生在非增压四冲程机。（增压机不但不损失，反而增加规律；二冲程机无进排气冲程，为零）。10

1.3机械效率ηm2）机械效率ηm

ηm=（Pi-Pm

）/Pi

=1-Pm/Pi

从上式可知：Pm

↑→ηm↓机械效率ηm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：

n不变，负荷↑→ηm

↑。柴油机空载运行，全部指示功消耗于摩擦损失，ηm

=0。负荷不变，n↑→摩擦耗功↑→ηm

↓通常柴油机出厂时，厂家以ηm—n的形式给出ηm值，可根据使用转速和负荷查出ηm。11

1.4有效功率Pe定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

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，BrakeHorsePower）——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。轴功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP＞

SHP。12

1.4平均有效功率Pe定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

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，BrakeHorsePower）——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。轴功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。一般BHP＞

SHP。13

2.1指示热效率与指示油耗率1）指示热效率ηi

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(kj/s;kW)

那么：ηi=3600Pi/B×Hu

2）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）14

2.2有效燃油消耗率与有效效率1）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/kW·h）

ge的意义：①评价不同形式柴油机的经济性； ②用来计算航次载油量和油舱容积。2）有效热效率ηe

——曲轴有效功所消耗的热量。15

3.柴油机其他常用参数3.1最高爆发压力pZ3.2排气温度tr3.3活塞的平均速度Cm3.4行程缸径比S/D3.5强化系数pe·Cm3.6压缩比ε3.7重量指标3.8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

3.1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=6～8MPa

增压低速二冲程机pZ=7～15MPa

增压中高速机pZ=7～17MPa

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

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3.3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。

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3.4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：长行程柴油机：超长行程柴油机：20

3.4行程缸径比S/D3.5强化系数

pe·Cm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1-621

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3.6压缩比ε对性能影响很大的结构参数。1）对经济性影响ε↑→经济性↑（ε＞12影响减弱

），但ε↑↑→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ε上限取值ε↑→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↓ε，避免pz

过高。（随技术和材料技术的↑，ε

已达16～19）3）对燃烧起动性影响——决定ε下限取值

ε↓→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：

（kg/kw）23

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3.8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：

（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H为柴油机的最大长、宽、高尺寸。25

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排放物

中速机g/(kW.h)低速机g/(kW.h)NOX1217CO

1.61.6HC

0.50.5CO2660660SO24.2×%S4.2×%S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.Clerk／J.Robson／K.Benz二冲程内燃机1892年RudolfDiesel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2000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S/D提高最高燃烧压力pz与平均有效压力pe之比增大压缩比ε采用可变喷油定时（VIT)机构（variationalignitiontiming)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气阀及液压式气阀传动机构采用薄壁轴承曲轴上增设轴向减振器焊接曲轴轴带发电机（PTO）（PowerTakeOff)船用柴油机的发展三.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机型RTA48TRTA58TRTA68TRT-FLEX60CS50MC-CS60MC-CS70MC-CS60ME-C缸径（mm）480580680600500600700600行程（mm）20002416272022502000240028002400行程缸径比S/D4.174.174.03.754.04.04.04.0转速（r／min）1241039211412710591105活塞平均速度（m/s）8.38.38.38.558.58.48.58.4平均有效压力（bar）18.218.218.219.519191919.0最高燃烧压力（Mpa）14.214.214.215.515.0单缸功率（Kw/p>