新聞主題	柴油機的主要技術指標

 

柴油機的性能指標主要反映在工作能力的大小及消耗燃料的多少，即稱為柴油機的動力性和經濟性兩個方面的指標。它們既是反映柴油機工作循環完善程度的參數，更是評估柴油機性能的主要依據。主要包括功率、熱效率、機械效率、燃油消耗率、平均有效壓力和扭矩等。

 

V型16缸柴油機示意圖

 

 

一、性能指標的分類

 

指示動力性和經濟性指標分別從量和質兩個方面來評價柴油機的性能。

1、動力性指標

○ 平均指示壓力ρ_i 

○ 指示功率P_i

○ 機械效率η_m 

○ 有效功率P_e

○ 平均有效壓力Ρ_e

○ 轉速和活塞平均速度

2、經濟性指標

○ 指示油耗率g_i 

○ 指示熱效率η_i

○ 有效油耗率g_e

○ 有效熱效率η_e

 

柴油機性能指標示意圖

 

二、動力性指標

 

1、平均指示壓力

（1）定義

發動機每個工作循環，單位氣缸容積所做的指示功（L_i）。

ρ_i =L_i/V_s（N/M²或P_α）

由式中可見，平均指示壓力ρ_i 又可以看成單位氣缸工作容積每一工作循環的指示功。它消去了柴油機氣缸工作容積的因素，所以它的數值與氣缸工作容積的大小無關。因此可以用Pi來比較不同氣缸尺寸和不同類型的柴油機的做功能力強化程度。ρ_i 值大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機氣缸工作容積利用程度ρ_i 值大。噴入的燃油量相同時，表明其工作循環進行得比較完善。所以ρ_i  是評定柴油機工作循環動力性的重要指標。

柴油機平均壓力示意圖

 

（2）作用

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

（3）影響ρ_i 因素：（循環供油量和燃燒質量)

● 循環供油量（負荷）↑，則ρi↑，增壓度↑，ρi↑。

● 過量空氣系數α↑，缸內燃燒質量↑，ρi↑；但當α↑↑，油氣濃度↓，使ρi↓。

● 工質混合完善程度↑，ρi相應↑。

● 換氣質量↑，ρi↑。

● 燃燒質量↑，ρi↑。

 2、指示功率P_i

發動機在單位時間內氣缸內工質推動活塞所做的功（kW）。

P_i=ρ_i V_snim/60000（KW）

ρ_i——平均指示壓力，Pa或N/m²；

V_s——氣缸工作容積，m3；

N——柴油機的轉速，r/min

m—每轉工作行程數，四沖程機m=1/2，二沖程機m=1；

i——氣缸數。

對既定柴油機而言，Vs和m為定值，令C=V_sm/60000，根據上式可表達為：P_i=Cp_ini（C為氣缸常數）。

3、機械效率η_m

（1）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。

（2）機械損失的功率P_m

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:

a.摩擦損失-活塞環與缸套之間最大；

b.拖動損失--隨轉速個而加大;

C.泵氣損失-僅發生在非增壓四沖程機。

（增壓機不但不損失，反而增加規律;二沖程機無進排氣沖程，為零）。

（3）機械效率η_m

η_m=（P_i-P_m）/P_i=1-P_m/P_i

從上式可知：P_m↑→η_m↓

機械效率影響因素

負荷、轉速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質量等。

對同一臺柴油機而言:

?轉速不變，負荷↑→η_m↑。柴油機空載運行，全部指示功消耗于摩擦損失，η_m=0。

?負荷不變，轉速↑→摩擦耗功↑→η_m↓

通常柴油機出廠時，廠家以η_m——n的形式給出η_m值，可根據使用轉速和負荷查出η_m。

4、有效功率

柴油機曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。

P_e=P_i-P_m=P_iη_m

注：實際使用時，Pe不是通過計算，而是由測功器測出。

（1）制動功率（BHP，Brake Horse Power）

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。

（2）軸功率（SHP，Shaft Horse Power）

在柴油機裝船后，用傳遞式測功儀測得。

 

三、經濟性指標

 

（1）指示熱效率η_i

指示功的熱當量與相應消耗的燃料熱當量之比。

若測得：柴油機每小時油耗量為B（kg/h），查得：燃油的發熱值為H_u，一般取值為42700（kj/kg）。則：燃料的熱當量為：B×H_u/3600（kj/s;kW)

那么：η_i=3600P_i/B×H_u

（2）指示油耗率g_i

指單位指示功率每小時燃油消耗量。

g_i=B/P_i（kg/kW·h）

指示熱效率與指示油耗率的關系：（成反比關系）

（3）有效燃油消耗率g_e

每一千瓦有效功率每小時消耗的燃油量。

g_e=B/P_e（kg/kW·h）

g_e的意義：

①評價不同形式柴油機的經濟性；

②用來計算航次載油量和油艙容積。

（4）有效熱效率ηe

曲軸有效功所消耗的熱量。

 

 

四、柴油機其他常用參數

 

表征柴油機機械負荷、熱負荷、基本結構、強化程度和排放性能的參數。

1、最高爆發壓加P_z

表征柴油機機械負荷的主要參數之一。

pZ↑——動力性↑、經濟性↑但過大→尺寸↑，笨重；

——應力↑——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=6～8 MPa;

增壓低速二沖程機pZ=7～15 MPa;

增壓中高速機pZ=7～17 MPa.

2、排氣溫度t_r

_{表征柴油機熱負荷的主要參數之一。用來衡量缸內熱負荷大小和燃燒質量，一般不大于550℃。}

3、活塞的平均速度C_m

Cm↑→柴油機功率Pe↑；

Cm↑——機械負荷↑、熱負荷↑、磨損↑

解決辦法：

柴油機采用長行程、低轉速，提高螺旋槳推進效率。

4、程缸徑比S/D

是柴油機的主要結構參數之一。

1）S/D↑→曲柄半徑R↑→柴油機寬度、高度、重量↑；

2）S/D↑（一般轉速↓）→往復慣性力↓→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↑。

5、強化系數P_e•C_m。

短行程柴油機：S/D≤2.5

長行程柴油機:2.5<S/D<3.0

超長行程柴油機：S/D>3.0

6、壓縮比ε

表征柴油機受熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度。

對性能影響很大的結構參數。

1）對經濟性影響

ε↑→經濟性↑（ε＞12影響減弱），但ε↑↑→Va↓對霧化、燃燒不利→經濟性↓

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↑→爆發壓力pz↑→動力性↑→機械負荷、磨損↑

增壓機：進氣壓力↑→爆發壓力pz已經較高，故↓ε，避免pz過高。（隨技術和材料技術的↑，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↓。

7、重量指標

通常以比重量來衡量。比重量（g）又稱單位功率重量,

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N_v，即：

式中：V=L*B*H，其中L、B、H為柴油機的最大長、寬、高尺寸。

 

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