1、船,第二章 柴油机（2）,舶,动,力,系,统,柴油机的性能指标,柴油机的性能可从动力性、经济性、运转性（冷车起动、排放性、加速性、加载性等）、可靠性、耐久性等方面来加以衡量 动力性指标 经济性指标,柴油机性能指标的分类： 指示指标：反映气缸内工作完善程度。考虑缸内燃烧程度、传热损失 有效指标：输出轴上的指标，在指示指标的基础上考虑了一系列机械损失,平均指示压力pi,假设一个不变的压力作用在柴油机气缸活塞上，这个假想的压力被称为平均指示压力pi 一个工作循环内，平均指示压力所做的功=实际工作循环的指示功,二冲程示功图,示功图的功率计算,Pi表征柴油机单位气缸工作容积做功能力的大小 可用来评定不同
2、类型柴油机的做功能力和工作循环完善程度,示功图：柴油机气缸内气体压力随气缸容积变化的图形。 横坐标-气缸容积V (m3) 纵坐标-缸内压力p （MPa） a-活塞上止点 b-活塞下止点a、b的距离即表示活塞的一个行程 示功图包围面积=一个工作循环所作指示功Wi,四冲程示功图.swf,pi与气缸容积无关，气缸工作容积的利用程度 pi单位气缸工作容积的作功能力大工作循环完善,气缸强化程度,既定的柴油机， pi 主要由循环供油量（即负荷大小）决定，还受换气质量、燃油雾化质量影响 每循环供油量大， pi 提高 过量空气系数增大，缸内的燃烧质量提高， pi 提高；但当过量空气系数过高时，由于油气浓度过低
3、，使pi 降低 工质混合完善程度高， pi高。 换气质量提高， pi高, 一般情况下，pi 增压柴油机 非增压柴油机 四冲程机 二冲程机 直流扫气式柴油机的 弯流扫气式柴油机,柴油机实际运行中，当 进、排气阀定时或喷油定时发生变化 气缸漏泄增加 燃油喷射压力调节不当 燃油雾化质量下降 增压系统故障 pi 降低 实际运行中，可根据示功图变化判断柴油机工作过程的优劣，并进行必要调整,【例】燃烧太早 特征： 图形高度即最高爆发压力pz增大，压力上升曲线陡削，示功图头部尖瘦； 燃烧曲线过早脱离压缩曲线，着火点提前； 膨胀曲线降低； 排气温度降低 原因： 喷油正时提前； 喷油器启阀压力降低； 调压弹簧断
4、裂； 改用优质燃油而未减小喷油提前角等。,危害： 增加柴油机的机械负荷，严重情况下会引起燃烧（热）敲缸现象，影响工作可靠性。,【例】燃烧太晚 特征： 最高爆发压力pz明显降低; 示功图头部圆滑，着火点明显后移，表示燃烧后移； 膨胀线升高； 排气温度升高。 原因 喷油正时滞后； 喷油器启阀压力过高； 改用劣质燃油而未调大喷油提前角； 喷油器或喷油泵漏油； 喷油器的缝隙式滤器堵塞等。,指示功率Pi,指示功率：单位时间，柴油机缸内工质推动活塞所做的功（KW）,如各缸负荷不均匀，将各缸功率相加得到整台柴油机指示功 在船上，应定期测量示功图并计算柴油机的指示功率。 对既定的柴油机，指示功率为,指示热效率
5、i,指示热效率：指示功的热当量/消耗燃料热量,指示燃油消耗率gi,指示燃油消耗率 ：一千瓦指示功率每小时消耗的燃油,有效功率Pe,有效功率Pe：从发动机曲轴输出的功率 =指示功率 机械损失功率=Pi PmPe通过测功器测量得到 制动功率（BHP，Brake Horse Power）：柴油机性能试验台架上由水力（电力、电涡流）测功器测量出扭矩，计算得到 轴功率（SHP, Shaft Horse Power）：柴油机装船后，用扭矩仪测量出扭矩，计算得到 一般BHPSHP,机械损失功率 摩擦损失功率：克服柴油机各相对运动部件表面摩擦力所消耗的功率 活塞、活塞环与气缸套壁间的摩擦损失（约占全部摩擦损失
6、的 55 65 ） 十字头滑快与导板、各轴承处的摩擦损失（约占全部摩擦损失 35 45 ）,拖动损失功率：带动柴油机辅助机械 ( 喷油泵、注油器、气阀传动机构、扫气泵、空气分配器、自驱动滑油泵等 ) 所消耗的功率 拖动损失功率随着柴油机转速的提高而增加。,泵气损失功率：非增压四冲程柴油机的进、排气过程中所消耗的功率 增压式四冲程柴油机中，由于进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因而，不但没有损失，反而可以获得有用功。 在二冲程柴油机中，没有单独的进气与排气行程，所以泵气损失功率为零,a)四冲程非增压发动机 b)四冲程增压发动机 c)二冲程发动机,机械效率,机械效率的影响因素：
7、设计、制造；负荷、转速、滑油温度、冷却水温度、安装质量等同一台柴油机，转速n不变时，负荷增加时，机械效率相应增加。当柴油机空载运行时， m 0，即全部指示功均消耗于摩擦损失 同一柴油机，负荷不变时，转速增加摩擦损失增加机械效率下降,不同型式的柴油机，转速、负荷对 m的影响随使用方式不同而不同 柴油机出厂时给出 m - n曲线，可根据使用转速查处m,柴油机有效热效率： ,燃油消耗率：轴功率每小时的燃油消耗量 高速柴油机：=212251； 中速柴油机：=197281； 低速柴油机：=160190；,滑油消耗率 在标定工况时，每千瓦小时所消耗滑油量的克数，单位为g/kWh 滑油在机内不断循环使用的，
8、其消耗的主要方式有： .滑油经活塞环窜入燃烧室或由气阀导管流入缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出。 .有一部分燃油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。 一般为0.54g/kwh,船用柴油机的常见经济指标范围,柴油机其他常用参数,表征柴油机机械负荷、热负荷、基本结构、强化程度、排放性能的参数 最高爆发压力 排气温度 活塞平均速度 行程缸径比 强化系数 压缩比 重量指标 外形尺寸,最高爆发压力pZ 燃烧过程中气缸内工质的最高压力 最高燃烧压力pz 是柴油机周期性变化的机械负荷的主要外力，它引起各受力部件的应力和变形，造成疲劳破坏、磨损和振动,p z 值的大小对柴油机的结构与性能有很大的影响：
9、p z 增大，柴油机结构尺寸增大，柴油机笨重 p z 增大，螺栓预力增大，接合面比压增大 p z 增大，磨损、振动、噪音等相应增大。为了避免工作粗暴，一般限制其平均压力增长率 p z 增大，会破坏润滑油膜，加剧零部件的磨损，降低柴油机的使用寿命 适当提高 p z 、压缩比、压力升高比(=最高爆发压力/压缩压力)，可以提高柴油机的热效率，降低燃油消耗率,目前柴油机p z 值的数据范围是： 非增压柴油机，68MPa 增压 低速二冲程柴油机，7 18MPa 增压中、高速柴油机 ，7 20MPa,2.排气温度tr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 非增压柴
10、油机的排气温度：排气管内废气的平均温度 增压柴油机的排气温度：气缸盖排气道出口处废气的平均温度,船舶上通常用排气温度来衡量 热负荷的大小 柴油机排气温度过高，标志热负荷过高，经济性下降、可靠性下降、排放性能下降等 排气温度是柴油机运转管理中重要的 监测参数,3.活塞的平均速度vm 曲轴一转两个行程中活塞运动速度的平均值活塞平均速度是影响柴油机机械负荷、热负荷、寿命的重要参数之一 提高 vm 可以提高柴油机的功率，但零件的机械负荷、热负荷同时增加，机件的磨损也相应增加，因而靠提高 vm 来提高功率是有限度的,近代船用大型二冲程柴油机多采用长或超长行程。为了维持较长的寿命和适当的 vm 值，均选用
11、较低转速 如标定转速低于 100r/min，甚至仅为60-70 r/min,4.行程缸径比S/D是柴油机的主要结构参数之一 当活塞平均速度vm 及缸径D为定值时 （1）行程缸径比影响柴油机的尺寸和重量。S/D增大柴油机的宽度、高度及重量均增加,（2）影响机械负荷 缸内气体压力不直接受S/D的影响，但最大往复惯性力F jmax 随S/D的增加而减小，即S/D增加，机械负荷减小（ 3）影响热负荷 S/D增大气缸散热面增大，热负荷减小，同时影响燃烧室各部件的传热量分配比例,（ 4）影响混合气形成 S/D增大，燃烧室余隙高度增大，有利于混合气的形成（ 5）影响扫气效果 S/D增大气流在缸内流动路线长降
12、低扫气效果 此影响随扫气形式不同而不同。如对直流扫气的影响较小，允许使用较大的S/D值，而对弯流扫气的影响比较大，不允许使用较大的S/D值(通常不高于2.2),（ 6）影响曲轴刚度 S/D增大曲柄半径变大，曲轴轴颈的重叠度降低，曲轴刚度下降（ 7）影响轴系的振动性能 S/D增大，轴系的纵振及扭振固有频率降低，容易产生不允许的纵振和扭振,船用柴油机的 S/D值范围,5.强化系数Pevm 表征柴油机受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度,6.压缩比 影响柴油机的经济性、动力性、燃烧起动性 对经济性的影响 在一定范围内提高可明显提高经济性，but当12后对经济性的影响程度减弱； 过高时将由于余隙高度过小不利于雾化与混合气形成而使经济性降低,对机械负荷的影响： 增加压缩压力p c 最高燃烧压力p z 增加柴油机的机械负荷增加，磨损加剧。 机械负荷限制了的上限 对燃烧和起动的影响：为了保证柴油机冷车起动时能正常燃烧，不能太低。因此，保证柴油机具有良好的冷车起动性成为限制 的下限在运转中的柴油机，压缩比 会发生变化 如：活塞头部的烧蚀、主轴承的磨损等都会造成降低,质量 体积,
