第三節(jié)_柴油機(jī)性能指標(biāo)

1、1 NoImage1-3 柴油機(jī)的性能指標(biāo)柴油機(jī)的性能指標(biāo)指標(biāo)的作用：指標(biāo)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(jī)的性能。 包括：包括： 動力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)（冷起動、加速性與動力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)（冷起動、加速性與加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標(biāo)、重量和外形尺寸加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標(biāo)、重量和外形尺寸指標(biāo)等。指標(biāo)等。 2 NoImage1-3 柴油機(jī)的性能指標(biāo)柴油機(jī)的性能指標(biāo)1. 動力性指標(biāo)2. 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)3. 其他常用參數(shù)性能指標(biāo)3 NoImage1-3 柴油機(jī)的性能指標(biāo)柴油機(jī)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)的分類：性能指標(biāo)的分類：指示指標(biāo)有效指

2、標(biāo)評價氣缸內(nèi)氣缸內(nèi)工作完善程度的指標(biāo)，考慮燃燒燃燒的完善程度和傳熱傳熱損失。在指示指標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮了機(jī)械損失后，在柴油機(jī)輸出軸上所得到的指標(biāo)。 柴油機(jī)的工作參數(shù)表征柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、基本結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化程度的參數(shù)。 4 NoImage1. 動力性指標(biāo)用以評價柴油機(jī)對外作功能力的指標(biāo)。動力性指標(biāo)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(jī)械效率m1.6 轉(zhuǎn)速和活塞平均速度 5 NoImage2. 柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)指示油耗率gi指示熱效率i有效油耗率ge有效熱效率e經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)6 NoImage柴油機(jī)性能指標(biāo)兩大類m7 NoImage1.1

3、 平均指示壓力平均指示壓力pi定義：定義： 發(fā)動機(jī)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：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(qiáng)化程度強(qiáng)化程度 ，工作循環(huán)完善程度工作循環(huán)完善程度。 影響影響Pi因素：因素：（循環(huán)供油量和燃燒質(zhì)量） p12（1）（2）（3）（4）。 從柴油機(jī)工作循環(huán)完善的角度進(jìn)行分析。 判斷下列哪種情形的判斷下列哪種情形的Pi高？為什么？高？為什么？ 增壓機(jī)與非增壓機(jī)；四沖程機(jī)與二沖程機(jī)；二沖程直流掃氣與彎流掃氣。 8 NoImage1.2 指示功率指示功率P

4、i 定義：定義： 發(fā)動機(jī)在單位時間內(nèi)氣缸內(nèi)工質(zhì)推動活塞所做的功（kW）。)(60000kWnimVpPsii對既定柴油機(jī)而言，VS和m為定值，令 C= VS m /60000， C氣缸常數(shù)。 上式可表達(dá)為：Pi = C pi n im沖程數(shù) “四”取1/2;“二”取19 NoImage1.3 機(jī)械效率m1）機(jī)械損失）機(jī)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(jī)械損失的功率機(jī)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：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； a.泵氣損失僅發(fā)生在非增壓四沖程機(jī)。（增壓機(jī)不

5、但不損失，反而增加規(guī)律；二沖程機(jī)無進(jìn)排氣沖程，為零）。10 NoImage1.3 機(jī)械效率m2）機(jī)械效率）機(jī)械效率m m=（ Pi - Pm ）/ Pi =1- Pm / Pi 從上式可知：Pm m機(jī)械效率機(jī)械效率m影響因素：影響因素： 負(fù)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(jī)而言：對同一臺柴油機(jī)而言： n不變，負(fù)荷 m 。柴油機(jī)空載運(yùn)行，全部指示功消耗于摩擦損失， m = 0。 負(fù)荷不變，n 摩擦耗功 m 通常柴油機(jī)出廠時，廠家以通常柴油機(jī)出廠時，廠家以mn 的形式給出的形式給出m值值，可根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查出m。11 NoImage1.4 有效功率Pe定義：定義： 柴油機(jī)

6、曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m 注：實(shí)際使用時， Pe 不是通過計算，而是由測功器測出。制動功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油機(jī)試驗(yàn)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。)(955010006021000kWnMnMMPeeee軸功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油機(jī)裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP SHP。12 NoImage1.4 平均有效功率Pe定義：定義： 柴油機(jī)曲軸飛輪端單位時間所輸出的功。 Pe= Pi Pm = Pi m 注：實(shí)際使用時， Pe 不是通過計算，而是由測功器測出

7、。制動功率（BHP，Brake Horse Power） 在柴油機(jī)試驗(yàn)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。)(955010006021000kWnMnMMPeeee軸功率（SHP，Shaft Horse Power） 在柴油機(jī)裝船后，用傳遞式測功儀測得。一般BHP SHP。13 NoImage2.1 指示熱效率與指示油耗率1）指示熱效率）指示熱效率i 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(jī)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 ( k

8、j / s ; kW ) 那么： i = 3600Pi / B Hu 2）指示油耗率）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） uiiHg360014 NoImage2.2 有效燃油消耗率與有效效率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時消耗的燃油量。 ge =B/Pe（kg/kWh） ge的意義的意義：評價不同形式柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性； 用來計算航次載油量和油艙容積。 2）有效熱效率）有效熱效率e 曲軸有效功所消耗的熱量。miueeBHP360015 NoImage3. 柴油機(jī)其他常用參

9、數(shù)3.1 最高爆發(fā)壓力最高爆發(fā)壓力pZ3.2 排氣溫度排氣溫度tr3.3 活塞的平均速度活塞的平均速度Cm3.4 行程缸徑比行程缸徑比S/D3.5 強(qiáng)化系數(shù)強(qiáng)化系數(shù)peCm3.6 壓縮比壓縮比3.7 重量指標(biāo)重量指標(biāo)3.8 外形尺寸指標(biāo)外形尺寸指標(biāo)表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、基本結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化程度和排放性能的參數(shù)。16 NoImage3.1最高爆發(fā)壓力pZ表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的主要參數(shù)之一。 pZ 動力性、經(jīng)濟(jì)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(jī) pZ = 68 MPa 增壓低速二沖程機(jī) pZ = 715 MPa 增壓中高速機(jī) pZ

10、= 717 MPa 3.2 排氣溫度tr表征柴油機(jī)熱負(fù)荷的主要參數(shù)之一。 用來衡量缸內(nèi)熱負(fù)荷大小和燃燒質(zhì)量，一般不大于550。17 18 NoImage3.3 活塞的平均速度Cm Cm 柴油機(jī)功率Pe；但 Cm 機(jī)械負(fù)荷 、熱負(fù)荷 、磨損 解決辦法： 柴油機(jī)采用長行程、低轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳推進(jìn)效率。 30602SnSnCm19 NoImage3.4 行程缸徑比行程缸徑比 S/D是柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。 1） S/D 曲柄半徑R 柴油機(jī)寬度、高度、重量 2）S/D （一般轉(zhuǎn)速） 往復(fù)慣性力 機(jī)械負(fù)荷 3） S/D 氣缸散熱面積 熱負(fù)荷 （缸套熱負(fù)荷、缸蓋熱負(fù)荷 ） 4） S/D ，在同等壓縮比

11、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(jī)：2.5S D 長行程柴油機(jī)：2.53.0S D超長行程柴油機(jī)：3.0S D 20 3.4 行程缸徑比行程缸徑比 S/D3.5 強(qiáng)化系數(shù) peCm 表征柴油機(jī)受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷兩方面的綜合強(qiáng)烈程度。 取值參見表1-6 21 22 NoImage3. 6壓縮比 對性能影響很大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 1）對經(jīng)濟(jì)性影響 經(jīng)濟(jì)性 （ 12影響減弱 ） ，但 Va 對霧化、燃燒不利經(jīng)濟(jì)性 2）對動力性及機(jī)械負(fù)荷的影響決定上限

12、取值 壓縮壓力p 爆發(fā)壓力pz 動力性 機(jī)械負(fù)荷、磨損 增壓機(jī)進(jìn)氣壓力 爆發(fā)壓力pz 已經(jīng)較高，故 ，避免pz 過高 。（隨技術(shù)和材料技術(shù)的 ， 已達(dá)1619） 3）對燃燒起動性影響決定下限取值 壓縮壓力p 壓縮終點(diǎn)溫度 （柴油機(jī)考壓燃點(diǎn)火） 起動性。3.7 重量指標(biāo)通常以比重量來衡量。 比重量（gw）又稱單位功率重量，即： ewwPGg （kg/kw）23 24 NoImage3.8 外形尺寸指標(biāo)外形尺寸指標(biāo)又稱緊湊性指標(biāo)，是指柴油機(jī)總體布置緊湊程度的指標(biāo)。 通常以柴油機(jī)的單位體積功率來衡量。 單位體積功率Nv，即： VPPev（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H為柴油機(jī)的最大長、

13、寬、高尺寸。25 NoImage排放污染指標(biāo)柴油機(jī)的有害排放物： 船舶柴油機(jī)的排放受到國際海事組織公約的限制等2,SONOHCCOx船用柴油機(jī)的發(fā)展.一、船舶柴油機(jī)的發(fā)展1776年瓦特蒸汽機(jī)1876年奧托四沖程煤氣機(jī)1880年D.ClerkJ.RobsonK.Benz二沖程內(nèi)燃機(jī)1892年Rudolf Diesel壓縮發(fā)火內(nèi)燃機(jī)1897年MAN公司首次使用柴油機(jī)1904年柴油機(jī)首次用于船舶推進(jìn)裝置1927年在柴油機(jī)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(jì)50年代中后期四項(xiàng)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(jì)60、70年代子控制技術(shù)的使用200

14、0年以后智能型柴油機(jī)的使用二、現(xiàn)代船用大型低速柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、現(xiàn)代船用大型低速柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器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增大行程缸徑比S/DS/D提高最高燃燒壓力提高最高燃燒壓力p pz z與平均有效壓力與平均有效壓力p pe e之比之比增大壓縮比增大壓縮比采用可變噴油定時（采用可變噴油定時（VIT)VIT)機(jī)構(gòu)（機(jī)構(gòu)（variational variational ignition timing)ignition timing)燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結(jié)構(gòu) 船用柴油機(jī)的發(fā)展采用旋轉(zhuǎn)式排

15、氣閥及液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu) 采用薄壁軸承采用薄壁軸承曲軸上增設(shè)軸向減振器曲軸上增設(shè)軸向減振器 焊接曲軸焊接曲軸 軸帶發(fā)電機(jī)（軸帶發(fā)電機(jī)（PTOPTO）（）（PowerPower Take Off) Take Off)船用柴油機(jī)的發(fā)展三三. .船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 船用低速柴油機(jī)的主要參數(shù)船用低速柴油機(jī)的主要參數(shù)船用柴油機(jī)的發(fā)展三三. .船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 船用中速柴油機(jī)的主要參數(shù)船用中速柴油機(jī)的主要參數(shù)船用柴油機(jī)的發(fā)展四四. .船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究趨勢為：研究趨勢為：（1 1）提高經(jīng)濟(jì)性的研究，包括燃燒、增壓、）提高經(jīng)濟(jì)性的研究，包括燃燒、增壓、低摩擦、低磨損等。低摩擦