新聞主題	柴油機的性能定義和技術指標

 

為了購買用戶更好地理解產品質量的全面性，通常利用柴油機的一些主要技術指標來判斷和衡量柴油機的性能。柴油機主要性能指標有發動機標定功率、耗油率、最大牽引力、連續工作時間、有效扭矩、有效功率、轉速、有效燃油消耗率以及動力性指標、經濟性指標、環境指標、可靠性指標和耐久性指標。康明斯公司在本文中主要介紹了包括柴油發電機組用的發動機動力性、經濟性、重量和外形尺寸、排氣污染指標等數據。

 

NTA855康明斯發動機主視圖

 

 

1、動力性指標

 

動力性指標是指柴油機對外做功能力，一般指功率、平均有效功率、平均有效壓力、轉速和活塞平均速度等。

① 有效功率

柴油機在單位時間內所做的功，功率的單位為kW，1kW＝1000N·m/s。

② 指示功率

柴油機在氣缸中單位時間內所做的功。

③ 有效功率P_e

指示功率減去消耗于內部零件的摩擦損失、泵氣損失和驅動附件損失等機械損失功率之后，從發動機曲軸輸出的功率。

如果柴油機曲軸每分鐘的轉速為n，曲軸每秒輸出的有效功率為W_e，由于

 

則柴油機的有效功率為

 

式中 M_e——有效扭矩。

④ 平均有效壓力

各種發動機的動力性能通常用平均有效壓力P。來比較和評定。它是一個作用在活塞頂上的假想的大小不變的壓力，它是活塞移動一個行程所做的功，等于每循環所做的有效功。

有效功率也可用下式表示

N_e=iV_sP_en/30T(kW)

式中 i——氣缸數；

V_s ——氣缸工作容積（L）；

P_e ——平均有效壓力（MPa）；

n——發動機轉速（r/min）；

T——發動機的沖程數，對四沖程發動機T＝4，對二沖程發動機T＝2。

于是

P_e=30TN_e/iV_sn

可見P_e代表了單位氣缸工作容積所發出的有效功率。P_e是一個重要指標，它不僅說明工作循環進行得好壞，而且還包括了機械損失的大小，在相同的條件下，P_e值越高，發動機輸出的有效功越多。P_e的數值一般如下：

非增壓柴油機：0.5～0.9MPa；

增壓柴油機：0.8～3.2MPa。

⑤ 轉速和活塞平均速度

轉速n：

柴油機曲軸每分鐘的轉速，單位為r/min。轉速對柴油機性能和結構影響很大。各種類型柴油機使用轉速范圍各不相同。

活塞平均速度C_m：

活塞在氣缸中運動的速度是不斷變化的，在行程中間較大，在止點附近較小，止點處為零。若已知柴油機轉速n時，則活塞平均速度可由下式計算

 

式中 S——行程（m）。

 

NTA855康明斯發動機外形圖紙

 

 

2、經濟性指標

 

一般指柴油機的燃油消耗率和潤滑油消耗率。

① 燃油消耗率

簡稱耗油率：柴油機工作時，每千瓦小時所消耗油量的克數，單位為g/（kW·h）以指示功率計的每千瓦小時的燃油消耗率稱為指示燃油消耗率，表示柴油機經濟性的指示指標；有效燃油消耗率：有效功率計的每千瓦小時的燃油消耗率。表示柴油機經濟性的有效指標。在柴油機產品說明中所指的燃油消耗率都是指有效燃油消耗率。測出扭矩M_e和轉速n，以及每小時燃油消耗量G_T（kg/h）和有效功率P_e后，用下式求出有效燃油消耗率g_e

 

柴油機的g_e值g/（kW·h）范圍大致如下：

高速柴油機：g_e＝212～215；中速柴油機：g_e＝197～235；低速柴油機：g_e＝169～190。

② 潤滑油消耗率

柴油機在標定工況時，每千瓦小時所消耗潤滑油量的克數，單位為g/（kW·h）。

柴油機的潤滑油消耗率一般在0.5～4g/（kW·h）左右。柴油機的潤滑油是在機內不斷循環使用的，其消耗的原因主要是：柴油機在運轉時潤滑油經活塞竄入燃燒室內或由氣閥導管流入氣缸內燒掉，未燒掉的則隨廢氣排出；另外，有一部分潤滑油在曲軸箱內霧化或蒸發，而由曲軸箱通風口排出。

 

3、重量和外形尺寸指標

 

評價柴油機結構緊湊性和金屬材料利用率的一項主要指標是柴油機的重量和外形尺寸。各種類型的柴油機對外形尺寸和重量的要求是不同的。

① 重量指標

柴油機的重量指標通常以比重量來衡量。比重量（g_w）又稱單位功率重量，是柴油機凈重G_w與標定功率P_e的比值，即

 

所謂凈重是指不包括燃油、潤滑油、冷卻水以及其他未直接裝在內燃機本體上的附屬設備與輔助系統的重量。

比重量的大小，除了和柴油機類型、結構、附件的質量有關外，還和所用材料和制造技術有關。

② 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P_v是柴油機的標定功率P_e與柴油機外廓體積V的比值，即

 

式中 V＝L·B·H，其中L、B、H為柴油機的最大長、寬、高尺寸。

 

4、排氣污染指標

 

在柴油機的排氣中含有數量不大，但非常有害的排放物。它們是一氧化碳CO、碳氫化合物HC、氧化氮NO和二氧化硫SO₂。這些燃燒產物排入大氣，污染環境而且有害于人體健康，從而造成社會公害。

隨著環境保護意識的增強，對柴油機排氣污染的限制也日益嚴格。我國已實施的國家標準（GB20891-2014）對非道路移動機械用柴油機排放的限制見表2-1。

表1 中國第三、四階段非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限制

階段	額定凈功率 kW	C0 (g/kW·h)	HC (g/kW·h)	NOx (g/kW·h)	HC+NOx (g/kW·h)	PM (g/kW·h)
第三 階段	Pmax>560	3.5			6.4	0.20
	130≤Pmax≤560	3.5			4.0	0.20
	75≤Pmax<130	5.0			4.0	0.30
	37≤Pmax<75	5.0			4.7	0.40
	Pmax<37	5.5			7.5	0.60
第四 階段	Pmax>560	3.5	0.40	3.5,0.67①		0.10
	130≤Pmax≤560	3.5	0.19	2.0		0.025
	75≤Pmax<130	5.0	0.19	3.3		0.025
	56≤Pmax<75	5.0	0.19	3.3		0.025
	37≤Pmax<56	5.0			4.7	0.025
	Pmax<37	5.5			7.5	0.60

 ① 適用于可移動式發電機組用P_max＞900kW的柴油機。

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