第七章 特性

第七章柴油机特性

第一节概述

一、船舶柴油机的工况

柴油机在不同条件下运转的功率与转速称柴油机运转工况。

船舶柴油机的运转工况及工作特点：

(1)发电机工况。柴油机转速保持恒速而运转功率随航行条件或船舶耗电量

而变。

电力传动的主机和发电柴油机均按此工况运转。

(2)螺旋桨工况。在稳定运转时，柴油机的功率与转速按三次方关系变化。

即有效功率Pe=Cn3(C一常数)。

如直接驱动定距桨的柴油主机。

(3)面工况(其他工况)。功率与转速之间没有一定的关系。

在某一定转速时可有不同的运转功率，

或在某一定运转功率时可有不同的转速。

如驱动调距桨的柴油主机，在不同螺距时运转；

定距桨船舶在不同的航行条件运转，如(污底，重载与轻载，海面状态) 驱动应急救火泵，应急空压机的柴油机等。

二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的

1．柴油机特性

柴油机主要性能指标：p e、Pe、Me、ηe、b e、ηm、Pi、ηi、p i、b i、

柴油机工作参数：n、p k、p z、t r、n k、t T、α、

柴油机主要性能指标与工作参数随运转工况变化的规律称柴油机特性。

2．研究柴油机特性的目的

(1)评价柴油机的性能。判断柴油机的动力性、经济性、可靠性和使用

的可能性等；

(2)确定柴油机的工况。决定柴油机在船舶条件下的极限允许使用范

围，选择最佳工作点，使柴油机具有较好的工

作性能；

(3)分析影响特性的因素。以便找到改善发动机特性的途径；

(4)检测柴油机的状态。判断出柴油机运转中的技术状态，以便进行调

整与检修。

三、柴油机特性分类

根据功率公式Pe=C·p e·n·i，可决定柴油机三类特性：

(1)速度特性：p e不变(即固定喷油泵油量调节机构)，Pe与n间的变化规律。

(2)负荷特性：n不变，改变p e来改变Pe

(3)推进特性：p e与n同时改变，且Pe＝Cn3。

第二节速度特性

速度特性——柴油机的有效功率与其转速间变化规律。

速度特性只能在制造厂试验台上测定的。

速度特性本质上反映出柴油机所具有的潜在的最大工作能力。

根据喷油泵油量调节机构固定位置的不同，柴油机的速度特性可分为：

全负荷、超负荷和部分负荷速度特性。

一、全负荷速度特性（处特性）

油量调节机构固定在标定供油位置(在标定转速n b发出标定功率Pe)。

全负荷速度特性测定方法如下：

(1)柴油机空车运行，通过调速器逐渐增速至标定转速n b，并稳定运转；

(2)逐加负荷(通过水力测功器)，使柴油机输出功率达到标定功率P b，然后

固定此油门(即全负荷标定油门)，并与调速器脱开。测量该运转点的有关性能参数与运转参数并记录。图7-2-1 6ESDZ75/160B型柴油机的全负荷速度特性

(3)通过增大水力测功器负荷(即柴油机外负荷)，降低柴油机的转速，并在柴油机的转速范围内选定的不同转速下稳定运转，分别测取不同转速时的性能参数与运转参数并记录。

根据我国国标：全负荷速度特性测定时必须遵循国家规定的统一试验标准，包括标准试验环境状况和试验功率(以何种功率作为标定功率)。

我国规定，船用柴油机应以持续功率(在标准环境条件下，以标定转速允许长期连续运转的最大有效功率)作为标定功率。

它表示柴油机在不超过标定油量情况下柴油机在各种转速下所能发出的最大有效功率。

二、超负荷速度我和部分负荷速度特性

(1)超负荷速度特性：船用柴油机的超负荷功率为110％Pe(相应转速为

103％n b)，在12 h运转期间内只允许超负荷运转1h。

不可冒黑烟。

(2)部分负荷速度特性：油量调节机构分别固定在低于标定供油量的各个选

定位置时，测得的速度特性。

三、速度特性的参数

柴油机按速度特性工作时，喷油泵供油调

节机构固定在相应位置上，此时可以认为喷油

泵供油系数变化不大，即循环供油量基本不

变。此时有关参数的变化规律如下：

柴油机主要性能指标：p e、Pe、Me、ηe、

b e、ηm、Pi、ηi、p i、b i、

柴油机工作参数：n、p k、p z、t r、n k、t T、α、

(1)转速n增加，充量系数φc降低。

(2)转速n增加，非增压机过量空气系α降低(因φc降低)，而增压机α增加(因进气密度增加)。

(3)转速n增加，非增压机指示热效率ηi降低(通常ηi与α成正比)而增压机ηi增加。

(4)转速n 增加，非增压机平均指示压力p i 降低(p i 与ηi 成正比)，增压机p i 增加。

(5)转速n 增加，非增压机和低增压机机械效率ηm 降低(ηm ＝l 一p m ／p i ，转速增大，p m 增大，而p i 降低)，而高增压机ηm 增加。

(6)转速n 增加，非增压机平均有效压力p e 降低(p e ＝p i ·ηm )，增压机p e 增加；转速n 增加，非增压机曲轴转矩Me 降低(Me ＝Cp e )，增压机Me 增加。

(7)转速n 增加，非增压机与低增压机ηe 降低(ηe ＝ηi ·ηm )，高增压机ηe 增加。对有些增压机由于ηi 随n 增大而增大，ηm 随n 增大而减小，所以在正常转速范围内必然出现最大ηe (或最低b e )，通常该最大ηe 多发生在低于n b 的某一转速。

第三节 负荷特性

柴油机负荷特性：指在转速保持不变的情况下，柴油机的各项主要性能指

标和工作参数随负荷变化的规律，

作用：1）比较不同柴油机的性能或评价同一柴油机的结构设计改变或调整

后的效果。

2）标定柴油机的功率；

3）绘制万有特性曲线。

负荷特性可以在试验台上或实船上测取。其

测取过程如下：

(1)柴油机(驱动发电机)空车，运行，通

过调节调速器的转速设定机构使柴油机逐

渐增 速至标定转速n b ，然后稳定运转一般

时间，使有关运转参数稳定。

(2)逐渐增大外负荷(耗电量)至选定的不同负荷(如25％、50％、75％、90％、100％Pb 标定负荷)，并分别在选定的不同负荷时稳定运转，待有关运转参数稳定后，测取并

记录有关性能参数与运转参数。

(3)当100％Pb (n b )负荷测定完毕后，即可停车，测定全部完成。

(4)以柴油机负荷(有效功率Pe ，或平均有效压力)为横坐标，以记录的性能参数与运转参数为纵坐标，即可绘制负荷特性线。

在负荷特性测定中，可包括以下参数：有效功率Pe 。、平均有效压力 图7-2-11 4PC4V-570型柴油机的负荷特性