柴油机的性能指标

指示热效率与指示油耗率的关系：（成反比关系）
3600 i gi H u
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）
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•
•
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
Chapter 1 柴油机的基本知识
§1-1 柴油机的工作原理
பைடு நூலகம்
§1-2 柴油机的性能指标
§1-3 柴油机的分类和发展
JMI
9/22/2013
轮机工程系
§1-2 柴油机的性能指标
指标的作用：
2
• 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
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3.8 外形尺寸指标
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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 增压低速二冲程机 pZ = 6～8 MPa pZ = 7～15 MPa
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。
§1-2 柴油机的性能指标
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1. 动力性指标 性能指标 2. 经济性指标
3. 其他常用参数
§1-2 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。
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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。
1. 动力性指标
——用以评价柴油机对外作功能力的指标。 1. 1 平均指示压力 pi 动 力 性 指 标 1.2 指示功率Pi 1.3机械效率ηm 1.4有效功率Pe 1.5平均有效压力 pe
1.6 转速和活塞平均速度
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2. 柴油机的经济性指标
机无进排气冲程，为零）。
1.3 机械效率ηm
2）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。
•
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Cm
2Sn Sn 60 30
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↑。
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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
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制动功率（BHP，Brake Horse Power） ——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。
Pe M e M e 2 n M e n 1000 60 1000 9550 (kW)
• 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）
指标
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。
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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）
Pe M e M e 2 n M e n 1000 60 1000 9550 (kW)
测功器测出。
轴功率（SHP，Shaft Horse Power） ——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。
一般BHP＞ SHP。
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。
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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）。
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piVs nim Pi (kW) 60000
C——气缸常数。
对既定柴油机而言，∵VS和m为定值，令 C= VS m /60000，
m——冲程数 “四”取1/2;“二” 取1
∴上式可表达为：Pi = C pi n i
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3.4 行程缸径比 S/D
短行程柴油机： S D 2.5 长行程柴油机： 2.5 S
D 3.0
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超长行程柴油机：S D 3.0
3.5 强化系数 pe· m C
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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1-6
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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
增压中高速机
pZ = 7～17 MPa
3.2 排气温度tr
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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℃。
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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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
柴油机性能指标两大类
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ηm
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 经济性 pi－平均指示压力 Pi－指示功率 ηi－指示热效率 gi－指示燃油消耗率 pe－平均有效压力 Pe－有效功率 ηe－有效热效率 ge－有效燃油消耗率
——曲轴有效功所消耗的热量。
3600 Pe e i m BH u
3. 柴油机其他常用参数
3.1 最高爆发压力pZ ——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。 3.2 排气温度tr 3.3 活塞的平均速度Cm 3.4 行程缸径比S/D 3.5 强化系数pe· m C 3.6 压缩比ε 3.7 重量指标
1.3 机械效率ηm
1）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。
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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：
a. b. c. 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
测功器测出。
轴功率（SHP，Shaft Horse Power） ——在柴油机装船后，用传递式测功仪测得。
一般BHP＞ SHP。
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
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制动功率（BHP，Brake Horse Power） ——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。
• 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。
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比重量（gw）又称单位功率重量，即：
Gw gw Pe
（kg/kw）
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： •
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Pe Pv V
（kW/m3）
式中：V=LBH，其中L、B、H为柴油机的最大长、宽、高 尺寸。
排放污染指标
柴油机的有害排放物：
CO, HC , NOx , SO2等
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船舶柴油机的排放受到国际海事组织公约的限制
排放物 NOX CO HC CO2 SO2 中速机g/(kW.h) 12 1.6 0.5 660 4.2×%S 低速机g/(kW.h) 17 1.6 0.5 660 4.2×%S