新聞主題	柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

 

柴油機(jī)的性能指標(biāo)主要反映在工作能力的大小及消耗燃料的多少，即稱(chēng)為柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。它們既是反映柴油機(jī)工作循環(huán)完善程度的參數(shù)，更是評(píng)估柴油機(jī)性能的主要依據(jù)。主要包括功率、熱效率、機(jī)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(jī)示意圖

 

 

一、性能指標(biāo)的分類(lèi)

 

指示動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分別從量和質(zhì)兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)柴油機(jī)的性能。

1、動(dòng)力性指標(biāo)

○ 平均指示壓力ρ_i 

○ 指示功率P_i

○ 機(jī)械效率η_m 

○ 有效功率P_e

○ 平均有效壓力Ρ_e

○ 轉(zhuǎn)速和活塞平均速度

2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

○ 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(jī)性能指標(biāo)示意圖

 

二、動(dòng)力性指標(biāo)

 

1、平均指示壓力

（1）定義

發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán)，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(jiàn)，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(huán)的指示功。它消去了柴油機(jī)氣缸工作容積的因素，所以它的數(shù)值與氣缸工作容積的大小無(wú)關(guān)。因此可以用Pi來(lái)比較不同氣缸尺寸和不同類(lèi)型的柴油機(jī)的做功能力強(qiáng)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(jī)氣缸工作容積利用程度ρ_i 值大。噴入的燃油量相同時(shí)，表明其工作循環(huán)進(jìn)行得比較完善。所以ρ_i  是評(píng)定柴油機(jī)工作循環(huán)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。

柴油機(jī)平均壓力示意圖

 

（2）作用

用來(lái)比較不同類(lèi)型和不同氣缸尺寸的氣缸工作容功能力；評(píng)價(jià)氣缸工作容積的利用程度。

（3）影響ρ_i 因素：（循環(huán)供油量和燃燒質(zhì)量)

● 循環(huán)供油量（負(fù)荷）↑，則ρi↑，增壓度↑，ρi↑。

● 過(guò)量空氣系數(shù)α↑，缸內(nèi)燃燒質(zhì)量↑，ρi↑；但當(dāng)α↑↑，油氣濃度↓，使ρi↓。

● 工質(zhì)混合完善程度↑，ρi相應(yīng)↑。

● 換氣質(zhì)量↑，ρi↑。

● 燃燒質(zhì)量↑，ρi↑。

 2、指示功率P_i

發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)氣缸內(nèi)工質(zhì)推動(dòng)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(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min

m—每轉(zhuǎn)工作行程數(shù)，四沖程機(jī)m=1/2，二沖程機(jī)m=1；

i——氣缸數(shù)。

對(duì)既定柴油機(jī)而言，Vs和m為定值，令C=V_sm/60000，根據(jù)上式可表達(dá)為：P_i=Cp_ini（C為氣缸常數(shù)）。

3、機(jī)械效率η_m

（1）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(guò)程中所損失的功率。

（2）機(jī)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(guò)程中所損失的功率。

包括:

a.摩擦損失-活塞環(huán)與缸套之間最大；

b.拖動(dòng)損失--隨轉(zhuǎn)速個(gè)而加大;

C.泵氣損失-僅發(fā)生在非增壓四沖程機(jī)。

（增壓機(jī)不但不損失，反而增加規(guī)律;二沖程機(jī)無(wú)進(jìn)排氣沖程，為零）。

（3）機(jī)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(jī)械效率影響因素

負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、冷卻水溫、安裝質(zhì)量等。

對(duì)同一臺(tái)柴油機(jī)而言:

?轉(zhuǎn)速不變，負(fù)荷↑→η_m↑。柴油機(jī)空載運(yùn)行，全部指示功消耗于摩擦損失，η_m=0。

?負(fù)荷不變，轉(zhuǎn)速↑→摩擦耗功↑→η_m↓

通常柴油機(jī)出廠時(shí)，廠家以η_m——n的形式給出η_m值，可根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查出η_m。

4、有效功率

柴油機(jī)曲軸飛輪端單位時(shí)間所輸出的功。

P_e=P_i-P_m=P_iη_m

注：實(shí)際使用時(shí)，Pe不是通過(guò)計(jì)算，而是由測(cè)功器測(cè)出。

（1）制動(dòng)功率（BHP，Brake Horse Power）

在柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上用水力測(cè)功器（電力測(cè)功器）測(cè)定輸出扭矩再計(jì)算出的功率。

（2）軸功率（SHP，Shaft Horse Power）

在柴油機(jī)裝船后，用傳遞式測(cè)功儀測(cè)得。

 

三、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

 

（1）指示熱效率η_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(cè)得：柴油機(jī)每小時(shí)油耗量為B（kg/h），查得：燃油的發(fā)熱值為H_u，一般取值為42700（kj/kg）。則：燃料的熱當(dāng)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(shí)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(guān)系：（成反比關(guān)系）

（3）有效燃油消耗率g_e

每一千瓦有效功率每小時(shí)消耗的燃油量。

g_e=B/P_e（kg/kW·h）

g_e的意義：

①評(píng)價(jià)不同形式柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；

②用來(lái)計(jì)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(jī)其他常用參數(shù)

 

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)。

1、最高爆發(fā)壓加P_z

表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的主要參數(shù)之一。

pZ↑——動(dòng)力性↑、經(jīng)濟(jì)性↑但過(guò)大→尺寸↑，笨重；

——應(yīng)力↑——變形、疲勞裂紋→可靠性、壽命↓；

——磨損↑;

——振動(dòng)噪音↑;

pZ取值范圍：

非增壓機(jī)pZ=6～8 MPa;

增壓低速二沖程機(jī)pZ=7～15 MPa;

增壓中高速機(jī)pZ=7～17 MPa.

2、排氣溫度t_r

_{表征柴油機(jī)熱負(fù)荷的主要參數(shù)之一。用來(lái)衡量缸內(nèi)熱負(fù)荷大小和燃燒質(zhì)量，一般不大于550℃。}

3、活塞的平均速度C_m

Cm↑→柴油機(jī)功率Pe↑；

Cm↑——機(jī)械負(fù)荷↑、熱負(fù)荷↑、磨損↑

解決辦法：

柴油機(jī)采用長(zhǎng)行程、低轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳推進(jìn)效率。

4、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↑，在同等壓縮比情況下，燃燒室容積Va↑→混合質(zhì)量↑；

5）S/D↑→掃氣效果↓，對(duì)直流掃氣影響小，對(duì)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(dòng)↑。

5、強(qiáng)化系數(shù)P_e•C_m。

短行程柴油機(jī)：S/D≤2.5

長(zhǎng)行程柴油機(jī):2.5<S/D<3.0

超長(zhǎng)行程柴油機(jī)：S/D>3.0

6、壓縮比ε

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。

對(duì)性能影響很大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1）對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響

ε↑→經(jīng)濟(jì)性↑（ε＞12影響減弱），但ε↑↑→Va↓對(duì)霧化、燃燒不利→經(jīng)濟(jì)性↓

2）對(duì)動(dòng)力性及機(jī)械負(fù)荷的影響——決定ε上限取值

ε↑→壓縮壓力p↑→爆發(fā)壓力pz↑→動(dòng)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↓ε，避免pz過(guò)高。（隨技術(shù)和材料技術(shù)的↑，ε已達(dá)16～19）

3）對(duì)燃燒起動(dòng)性影響——決定ε下限取值

ε↓→壓縮壓力p↓→壓縮終點(diǎn)溫度↓（柴油機(jī)考?jí)喝键c(diǎn)火）→起動(dòng)性↓。

7、重量指標(biāo)

通常以比重量來(lái)衡量。比重量（g）又稱(chēng)單位功率重量,

8、外形尺寸指標(biāo)

外形尺寸指標(biāo)又稱(chēng)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(lái)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(jī)的最大長(zhǎng)、寬、高尺寸。

 

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