1

§1-3柴油機(jī)的性能指標(biāo)指標(biāo)的作用：用來(lái)從總體上或從某一方面來(lái)判斷或衡量一臺(tái)柴油機(jī)的性能。包括：動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)（冷起動(dòng)、加速性與加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標(biāo)、重量和外形尺寸指標(biāo)等。

2

§1-3柴油機(jī)的性能指標(biāo)1.動(dòng)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

§1-3柴油機(jī)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)的分類：指示指標(biāo)有效指標(biāo)評(píng)價(jià)氣缸內(nèi)工作完善程度的指標(biāo)，考慮燃燒的完善程度和傳熱損失。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

1.動(dòng)力性指標(biāo)——用以評(píng)價(jià)柴油機(jī)對(duì)外作功能力的指標(biāo)。動(dòng)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ηm1.6轉(zhuǎn)速和活塞平均速度

5

2.柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)指示油耗率gi指示熱效率ηi有效油耗率ge有效熱效率ηe經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)6

柴油機(jī)性能指標(biāo)兩大類指示指標(biāo)（以氣缸為基礎(chǔ)）

有效指標(biāo)（以飛輪輸出端為基礎(chǔ)）

動(dòng)力性指標(biāo)pi－平均指示壓力

pe－平均有效壓力Pi－指示功率Pe－有效功率經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)ηi－指示熱效率ηe－有效熱效率gi－指示燃油消耗率ge－有效燃油消耗率ηm7

1.1平均指示壓力pi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Li。Pi=Li/Vs(N/m2或pa)作用：

用來(lái)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(píng)價(jià)氣缸工作容積的利用程度。

Pi↑——?dú)飧讖?qiáng)化程度↑，工作循環(huán)完善程度↑。影響Pi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Pi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

1.2指示功率Pi定義：

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）。對(duì)既定柴油機(jī)而言，∵VS和m為定值，令C=VSm/60000，C——?dú)飧壮?shù)。∴上式可表達(dá)為：Pi=Cpinim——沖程數(shù)“四”取1/2;“二”取19

1.3機(jī)械效率ηm1）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。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(guò)程中所損失的功率。包括：摩擦損失——活塞環(huán)與缸套之間最大拖動(dòng)損失——隨轉(zhuǎn)速↑而加大；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）。10

1.3機(jī)械效率ηm2）機(jī)械效率ηm

ηm=（Pi-Pm

）/Pi

=1-Pm/Pi

從上式可知：Pm

↑→ηm↓機(jī)械效率ηm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：

n不變，負(fù)荷↑→ηm

↑。柴油機(jī)空載運(yùn)行，全部指示功消耗于摩擦損失，ηm

=0。負(fù)荷不變，n↑→摩擦耗功↑→ηm

↓通常柴油機(jī)出廠時(shí)，廠家以ηm—n的形式給出ηm值，可根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查出ηm。11

1.4有效功率Pe定義：柴油機(jī)曲軸飛輪端單位時(shí)間所輸出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

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。制動(dòng)功率（BHP，BrakeHorsePower）——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。軸功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油機(jī)裝船后，用傳遞式測(cè)功儀測(cè)得。一般BHP＞

SHP。12

1.4平均有效功率Pe定義：柴油機(jī)曲軸飛輪端單位時(shí)間所輸出的功。Pe=Pi–Pm=

Pi

ηm

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。制動(dòng)功率（BHP，BrakeHorsePower）——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。軸功率（SHP，ShaftHorsePower）——在柴油機(jī)裝船后，用傳遞式測(cè)功儀測(cè)得。一般BHP＞

SHP。13

2.1指示熱效率與指示油耗率1）指示熱效率ηi

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Hu，一般取值為42700(kj/kg)。則：燃料的熱當(dāng)量為：B×Hu

/3600(kj/s;kW)

那么：ηi=3600Pi/B×Hu

2）指示油耗率gi

指單位指示功率每小時(shí)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）14

2.2有效燃油消耗率與有效效率1）有效燃油消耗率ge

——每一千瓦有效功率每小時(shí)消耗的燃油量。ge=B/Pe（kg/kW·h）

ge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。2）有效熱效率ηe

——曲軸有效功所消耗的熱量。15

3.柴油機(jī)其他常用參數(shù)3.1最高爆發(fā)壓力pZ3.2排氣溫度tr3.3活塞的平均速度Cm3.4行程缸徑比S/D3.5強(qiáng)化系數(shù)pe·Cm3.6壓縮比ε3.7重量指標(biāo)3.8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

3.1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

↑——?jiǎng)恿π浴⒔?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=6～8MPa

增壓低速二沖程機(jī)pZ=7～15MPa

增壓中高速機(jī)pZ=7～17MPa

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(lái)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

3.3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(zhǎng)行程、低轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳推進(jìn)效率。

19

3.4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)↑。短行程柴油機(jī)：長(zhǎng)行程柴油機(jī)：超長(zhǎng)行程柴油機(jī)：20

3.4行程缸徑比S/D3.5強(qiáng)化系數(shù)

pe·Cm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1-621

22

3.6壓縮比ε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↓。3.7重量指標(biāo)——通常以比重量來(lái)衡量。比重量（gw）又稱單位功率重量，即：

（kg/kw）23

24

3.8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(lái)衡量。單位體積功率Nv，即：

（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H為柴油機(jī)的最大長(zhǎng)、寬、高尺寸。25

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(guó)際海事組織公約的限制排放物

中速機(jī)g/(kW.h)低速機(jī)g/(kW.h)NOX1217CO

1.61.6HC

0.50.5CO2660660SO24.2×%S4.2×%S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.Clerk／J.Robson／K.Benz二沖程內(nèi)燃機(jī)1892年RudolfDiesel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2000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)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S/D提高最高燃燒壓力pz與平均有效壓力pe之比增大壓縮比ε采用可變噴油定時(shí)（VIT)機(jī)構(gòu)（variationalignitiontiming)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)式排氣閥及液壓式氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用薄壁軸承曲軸上增設(shè)軸向減振器焊接曲軸軸帶發(fā)電機(jī)（PTO）（PowerTakeOff)船用柴油機(jī)的發(fā)展三.船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)船用低速柴油機(jī)的主要參數(shù)機(jī)型RTA48TRTA58TRTA68TRT-FLEX60CS50MC-CS60MC-CS70MC-CS60ME-C缸徑（mm）480580680600500600700600行程（mm）20002416272022502000240028002400行程缸徑比S/D4.174.174.03.754.04.04.04.0轉(zhuǎn)速（r／min）1241039211412710591105活塞平均速度（m/s）8.38.38.38.558.58.48.58.4平均有效壓力（bar）18.218.218.219.519191919.0最高燃燒壓力（Mpa）14.214.214.215.515.0單缸功率（Kw/p>