第三节 柴油机的性能指标和工作参数
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第一章 柴油机基本知识
第三节 柴油机的性能指标和工作参数
柴油机的性能：动力性、经济性、运转性、可靠性 和耐久性
动力性和经济性指标：指示指标和有效指标两类 柴油机的工作参数：表征机械负荷、热负荷、基本
结构和强化程度等性能。
一、指示指标 指示指标：平均指示压力 pi、指示功率 Pi、指示热
效率ηi 和指示燃油消耗率 bi。 1 平均指示压力 pi 1）定义 1 假定一个数值不变的压力作用在活塞 上，在一个膨胀行程内所作的功与一个工作循环的 指示功Ｌi 相等，这个假想的压力就称为平均指示压 力。
图１-14
Li＝pi·A·Ｓ
（ Ｎ·ｍ或Ｊ）
pi＝Ｌi／（A·Ｓ）＝Ｌi／Ｖs （Ｎ／ｍ２或 Pａ）
2）定义 2 平均指示压力ｐi 是一个工作循环中每单
位气缸工作容积的指示功。
3）平均指示压力ｐi 的影响因素：循环供油量或负荷 大小，燃烧质量。
4）平均指示压力ｐi 的数值范围
机 四冲程 二冲程
1-3-5
ηe
= We
/ Q吸入
=
Wi Q吸入
⋅ We Wi
= ηi
⋅ηm
１－１５）
ηe
=
3600Pe B ⋅ Hu
（１－１６）
两者之间的关系 ηｅ＝３６００/beHu
目前，船用柴油机的ｂｅ与ηｅ数值如下
机型 四 非增压 冲 程增 压
ηe
be (g /kW⋅ｈ） ηｍ
0.30～0.40 272～231 0.78～0.85
强化系数见表１－7。
各种机型的强化系数值
机型
低速机
中速机
四冲程
二冲程
pe（bar） pe·Vm
（bar·m／s）
11.5～18 75～147
14～30 120～282
9～11 66～85
表１－6 长(超长)行程
2.42～4.20
表１－7
高速机 14～22 123～343
6 压缩比ε (1)经济性 (2)机械负荷 (3)燃烧和起动
(6)影响曲轴刚度。
(7)影响轴系的振动性能。
船用柴油机的 S/D 值范围
各种机型的 S/D 值
机型
高速机
中速机
弯流
低速机 直流
S/D 0．9～1.25 1.0～1.8 1.71～2.05 1.88～2. 26
5 强化系数ｐｅ·Ｖｍ 强化系数ｐｅ·Ｖｍ用来表示柴油机所受热负荷和
机械负荷两方面的综合强烈程度。不同类型柴油机的
1-3-2
第一章 柴油机基本知识
1、有效功率 Pe 和机械效率ηm
1）有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率称为
有效功率，P e。
P = Me⋅n e 9550 （ｋＷ）
（１-１２）
2）机械损失功率：指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，Ｐｍ。
(1)摩擦损失功率： z 活塞、活塞环与气缸套间的摩擦损失约占
当柴油机空载运行时，ηm＝０。 z 如 pi 不变，当转速提高时，由于摩擦损失功率
增大，机械效率随之下降
2 燃油消耗率 be (ge)和有效热效率ηe
1) 燃油消耗率是指每一千瓦有效功率每小时所消耗 的燃油量，单位是 kg/（ｋＷ·ｈ），即: ｂｅ＝Ｂ／Ｐｅ或ｂｅ＝ｂi／ηｍ （１－１４）
2) 有效热效率ηｅ是指曲轴有效功与所消耗的热量 之比，即
机型 四 非增压 冲 程增 压 二 非增压 冲 程增 压
ηi 0.43～0.50 0.44～0.58 0.36～0.51 0.45～0.60
bi (g/kW⋅h) 204～163 195～147 238～170 192～143
二、有效指标
有效指标：平均有效压力 pe、有效功率 Pe、有效热 效率ηe、和有效油耗率 b e
1 最高燃烧压力 pｚ(最高爆发压力)
目前柴油机 pz 值的数据范围是： 非增压柴油机 pz＝６ＭＰａ～８ＭＰａ 增压低速二冲程柴油机 pz＝７ＭＰａ～１５ＭＰａ 增压中、高速柴油机 pz＝７ＭＰａ～１７ＭＰａ 2 排气温度 tｒ
柴油机的排气温度指排气管内废气的平均温度 船用柴油机排气温度的最高值应低于 550℃。 3 活塞平均速度Ｖｍ
在曲轴一转两个行程中活塞运动速度的平均值称活 塞平均速度Ｖｍ，即 Ｖｍ＝２Ｓｎ／６０＝Ｓｎ／３０（ｍ／ｓ）
1-3-4
第一章 柴油机基本知识
4 行程缸径比 S/D
S/D 对柴油机的影响有：
(1)影响柴油机的尺寸和重量。
(2)影响机械负荷。
(3)影响热负荷。
(4)影响混合气形成。
(5)影响扫气效果。
1）柴油机的指示热效率: 指示功的热当量与相应消 耗的燃料热量之比值，
ηi＝Ｗi/Ｑ吸入 ηi＝3,600Ｐi/ＢＨu 2）指示油耗率 bi 以一千瓦指示功率每小时消耗的燃 油量表示，即
bi＝B/Pi 3）两者之间的关系为
(kg/kW·h)
ηi
=
3600i bi Hu
4）船用柴油机的ηi 与ｂi 数据
55%～65% z 各轴承处的摩擦损失约占 35%～45%。 (2)拖动损失功率 (3)泵气损失功率 在非增压四冲程柴油机中进、排 气过程所消耗的功率。
3）机械效率：机械效率是有效功率Ｐｅ与指示功率 Pi 之比值，ηｍ。 ηｍ＝Pe／Pi＝（Pi－Pｍ）/Pi＝1－Pｍ／Pi
机械效率ηｍ的影响因素： z 转速不变，负荷增加时，机械效率将相应增加。
柴油机一个气缸的指示功率为
Ｐi＝ｐiＶs
nm 60
（Ｗ）
或
Ｐ′i＝
piVs nm 60,000
（ｋＷ）
整台柴油机指示功率为
Ｐi＝
piVs nmi 60,000
（ｋＷ）
（1－8）
2) 气缸常数: C=Ｖsｍ／60,000， 整台柴油机指示功率的公式可简化为
Ｐi＝Ｃｐiｎｉ（ｋＷ） 3 指示热效率ηi 和指示油耗率 bi（gi）
0.37～0.5 231～160 0.85～0.92
Hale Waihona Puke 二 非增压 冲 程增 压0.29～0.35 0.38～0.55
300～245 225～155
0.70～0.80 0.85～0.94
1-3-3
第一章 柴油机基本知识
3 平均有效压力ｐｅ
1）平均有效压力：柴油机在每一工作循环每单位气 缸工作容积所作的有效功，ｐｅ。
pe＝Pe/Ｃｎｉ pe＝ｐiηｍ 2）平均机械损失压力ｐｍ pm＝Pｍ/Ｃｎｉ
ｐｅ＝ｐi－ｐｍ
目前船用柴油机的平均有效压力ｐｅ的范围如下表
所示。
机 四冲程 二冲程
型 非增压 增压 非增压 增压
ｐｅ（bar） 6.0～9.2 8.0～30 5.0～7.0 7.0～18.0
三、柴油机的工作参数
型 非增压 增压 非增压 增压
ｐi（bar） 7.5～11.2 9.5～37.5 6.5～9.5 8.0～20.3
1-3-1
第一章 柴油机基本知识
2 指示功率Ｐi
1) 指示功率是指柴油机气缸内的工质在单位时间内 所作的指示功(kW)。
柴油机的每个气缸每工作循环工质所作的指示功为 Li＝ｐiＶs（Ｊ）
第三节 柴油机的性能指标和工作参数
柴油机的性能：动力性、经济性、运转性、可靠性 和耐久性
动力性和经济性指标：指示指标和有效指标两类 柴油机的工作参数：表征机械负荷、热负荷、基本
结构和强化程度等性能。
一、指示指标 指示指标：平均指示压力 pi、指示功率 Pi、指示热
效率ηi 和指示燃油消耗率 bi。 1 平均指示压力 pi 1）定义 1 假定一个数值不变的压力作用在活塞 上，在一个膨胀行程内所作的功与一个工作循环的 指示功Ｌi 相等，这个假想的压力就称为平均指示压 力。
图１-14
Li＝pi·A·Ｓ
（ Ｎ·ｍ或Ｊ）
pi＝Ｌi／（A·Ｓ）＝Ｌi／Ｖs （Ｎ／ｍ２或 Pａ）
2）定义 2 平均指示压力ｐi 是一个工作循环中每单
位气缸工作容积的指示功。
3）平均指示压力ｐi 的影响因素：循环供油量或负荷 大小，燃烧质量。
4）平均指示压力ｐi 的数值范围
机 四冲程 二冲程
1-3-5
ηe
= We
/ Q吸入
=
Wi Q吸入
⋅ We Wi
= ηi
⋅ηm
１－１５）
ηe
=
3600Pe B ⋅ Hu
（１－１６）
两者之间的关系 ηｅ＝３６００/beHu
目前，船用柴油机的ｂｅ与ηｅ数值如下
机型 四 非增压 冲 程增 压
ηe
be (g /kW⋅ｈ） ηｍ
0.30～0.40 272～231 0.78～0.85
强化系数见表１－7。
各种机型的强化系数值
机型
低速机
中速机
四冲程
二冲程
pe（bar） pe·Vm
（bar·m／s）
11.5～18 75～147
14～30 120～282
9～11 66～85
表１－6 长(超长)行程
2.42～4.20
表１－7
高速机 14～22 123～343
6 压缩比ε (1)经济性 (2)机械负荷 (3)燃烧和起动
(6)影响曲轴刚度。
(7)影响轴系的振动性能。
船用柴油机的 S/D 值范围
各种机型的 S/D 值
机型
高速机
中速机
弯流
低速机 直流
S/D 0．9～1.25 1.0～1.8 1.71～2.05 1.88～2. 26
5 强化系数ｐｅ·Ｖｍ 强化系数ｐｅ·Ｖｍ用来表示柴油机所受热负荷和
机械负荷两方面的综合强烈程度。不同类型柴油机的
1-3-2
第一章 柴油机基本知识
1、有效功率 Pe 和机械效率ηm
1）有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率称为
有效功率，P e。
P = Me⋅n e 9550 （ｋＷ）
（１-１２）
2）机械损失功率：指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，Ｐｍ。
(1)摩擦损失功率： z 活塞、活塞环与气缸套间的摩擦损失约占
当柴油机空载运行时，ηm＝０。 z 如 pi 不变，当转速提高时，由于摩擦损失功率
增大，机械效率随之下降
2 燃油消耗率 be (ge)和有效热效率ηe
1) 燃油消耗率是指每一千瓦有效功率每小时所消耗 的燃油量，单位是 kg/（ｋＷ·ｈ），即: ｂｅ＝Ｂ／Ｐｅ或ｂｅ＝ｂi／ηｍ （１－１４）
2) 有效热效率ηｅ是指曲轴有效功与所消耗的热量 之比，即
机型 四 非增压 冲 程增 压 二 非增压 冲 程增 压
ηi 0.43～0.50 0.44～0.58 0.36～0.51 0.45～0.60
bi (g/kW⋅h) 204～163 195～147 238～170 192～143
二、有效指标
有效指标：平均有效压力 pe、有效功率 Pe、有效热 效率ηe、和有效油耗率 b e
1 最高燃烧压力 pｚ(最高爆发压力)
目前柴油机 pz 值的数据范围是： 非增压柴油机 pz＝６ＭＰａ～８ＭＰａ 增压低速二冲程柴油机 pz＝７ＭＰａ～１５ＭＰａ 增压中、高速柴油机 pz＝７ＭＰａ～１７ＭＰａ 2 排气温度 tｒ
柴油机的排气温度指排气管内废气的平均温度 船用柴油机排气温度的最高值应低于 550℃。 3 活塞平均速度Ｖｍ
在曲轴一转两个行程中活塞运动速度的平均值称活 塞平均速度Ｖｍ，即 Ｖｍ＝２Ｓｎ／６０＝Ｓｎ／３０（ｍ／ｓ）
1-3-4
第一章 柴油机基本知识
4 行程缸径比 S/D
S/D 对柴油机的影响有：
(1)影响柴油机的尺寸和重量。
(2)影响机械负荷。
(3)影响热负荷。
(4)影响混合气形成。
(5)影响扫气效果。
1）柴油机的指示热效率: 指示功的热当量与相应消 耗的燃料热量之比值，
ηi＝Ｗi/Ｑ吸入 ηi＝3,600Ｐi/ＢＨu 2）指示油耗率 bi 以一千瓦指示功率每小时消耗的燃 油量表示，即
bi＝B/Pi 3）两者之间的关系为
(kg/kW·h)
ηi
=
3600i bi Hu
4）船用柴油机的ηi 与ｂi 数据
55%～65% z 各轴承处的摩擦损失约占 35%～45%。 (2)拖动损失功率 (3)泵气损失功率 在非增压四冲程柴油机中进、排 气过程所消耗的功率。
3）机械效率：机械效率是有效功率Ｐｅ与指示功率 Pi 之比值，ηｍ。 ηｍ＝Pe／Pi＝（Pi－Pｍ）/Pi＝1－Pｍ／Pi
机械效率ηｍ的影响因素： z 转速不变，负荷增加时，机械效率将相应增加。
柴油机一个气缸的指示功率为
Ｐi＝ｐiＶs
nm 60
（Ｗ）
或
Ｐ′i＝
piVs nm 60,000
（ｋＷ）
整台柴油机指示功率为
Ｐi＝
piVs nmi 60,000
（ｋＷ）
（1－8）
2) 气缸常数: C=Ｖsｍ／60,000， 整台柴油机指示功率的公式可简化为
Ｐi＝Ｃｐiｎｉ（ｋＷ） 3 指示热效率ηi 和指示油耗率 bi（gi）
0.37～0.5 231～160 0.85～0.92
Hale Waihona Puke 二 非增压 冲 程增 压0.29～0.35 0.38～0.55
300～245 225～155
0.70～0.80 0.85～0.94
1-3-3
第一章 柴油机基本知识
3 平均有效压力ｐｅ
1）平均有效压力：柴油机在每一工作循环每单位气 缸工作容积所作的有效功，ｐｅ。
pe＝Pe/Ｃｎｉ pe＝ｐiηｍ 2）平均机械损失压力ｐｍ pm＝Pｍ/Ｃｎｉ
ｐｅ＝ｐi－ｐｍ
目前船用柴油机的平均有效压力ｐｅ的范围如下表
所示。
机 四冲程 二冲程
型 非增压 增压 非增压 增压
ｐｅ（bar） 6.0～9.2 8.0～30 5.0～7.0 7.0～18.0
三、柴油机的工作参数
型 非增压 增压 非增压 增压
ｐi（bar） 7.5～11.2 9.5～37.5 6.5～9.5 8.0～20.3
1-3-1
第一章 柴油机基本知识
2 指示功率Ｐi
1) 指示功率是指柴油机气缸内的工质在单位时间内 所作的指示功(kW)。
柴油机的每个气缸每工作循环工质所作的指示功为 Li＝ｐiＶs（Ｊ）