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1、轮机工程系JMIChapter 1 柴油机的基本知识1-1 柴油机的工作原理柴油机的工作原理1-2 柴油机的性能指标柴油机的性能指标1-3 柴油机的分类和发展柴油机的分类和发展2 NoImage1-2 柴油机的性能指标柴油机的性能指标指标的作用：指标的作用：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：包括：动力性指标、经济性指标、运转性指标（冷起动、加速性与动力性指标、经济性指标、运转性指标（冷起动、加速性与加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸指标等。指标等。3 NoImage1-2 柴油机的性能指标柴油机的性

2、能指标1.动力性指标2.经济性指标3.其他常用参数性能指标4 NoImage1-2 柴油机的性能指标柴油机的性能指标性能指标的分类：性能指标的分类：指示指标有效指标评价气缸内气缸内工作完善程度的指标，考虑燃烧燃烧的完善程度和传热传热损失。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。5 NoImage1.动力性指标用以评价柴油机对外作功能力的指标。动力性指标1.1 平均指示压力 pi1.2 指示功率Pi1.4有效功率Pe 1.5平均有效压力 pe1.3机械效率m1.6 转速和活塞平均速度 6 NoIma

3、ge2.柴油机的经济性指标指示油耗率gi指示热效率i有效油耗率ge有效热效率e经济性指标7 NoImage柴油机性能指标两大类m8 NoImage1.1 平均指示压力平均指示压力pi定义：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：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气缸强化程度强化程度，工作循环完善程度工作循环完善程度。影响影响Pi因素：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判断下列哪种情形的Pi高？为什

4、么？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。9 NoImage1.2 指示功率指示功率Pi 定义：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）。)(60000kWnimVpPsii对既定柴油机而言，VS和m为定值，令 C=VS m/60000，C气缸常数。上式可表达为：Pi =C pi n im冲程数“四”取1/2;“二”取110 NoImage1.3 机械效率m1）机械损失）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。机械损失的功率机械损失的功率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

5、：包括：摩擦损失活塞环与缸套之间最大 拖动损失随转速而加大；a.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；二冲程机无进排气冲程，为零）。11 NoImage1.3 机械效率m2）机械效率）机械效率m m=（Pi-Pm）/Pi=1-Pm/Pi 从上式可知：Pm m机械效率机械效率m影响因素：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：对同一台柴油机而言：n不变，负荷 m。柴油机空载运行，全部指示功消耗于摩擦损失，m=0。负荷不变，n 摩擦耗功 m 通常柴油机出厂时，厂家以通常柴油机出厂时，厂家以mn 的形式给出的形式给出m值值，可根据使用转速

6、和负荷查出m。12 NoImage1.4 有效功率Pe定义：定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi Pm=Pi m 注：实际使用时，Pe 不是通过计算，而是由测功器测出。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。)(955010006021000kWnMnMMPeeee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。13 NoImage1.4 平均有效功率Pe定义：定义：柴油机曲轴飞轮端单位时间所输出的功。Pe=Pi Pm=Pi m 注：实

7、际使用时，Pe 不是通过计算，而是由测功器测出。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。)(955010006021000kWnMnMMPeeee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。14 NoImage2.1 指示热效率与指示油耗率1）指示热效率）指示热效率i 指示功的热当量与相应消耗的燃料热当量之比。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

8、 /3600 (kj /s;kW )那么：i =3600Pi/B Hu 2）指示油耗率）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）指示热效率与指示油耗率的关系：（成反比关系）uiiHg360015 NoImage2.2 有效燃油消耗率与有效效率1）有效燃油消耗率）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/kWh）ge的意义的意义：评价不同形式柴油机的经济性；用来计算航次载油量和油舱容积。2）有效热效率）有效热效率e 曲轴有效功所消耗的热量。miueeBHP360016 NoImage3.柴油机其他常用参数3.1 最高爆

9、发压力最高爆发压力pZ3.2 排气温度排气温度tr3.3 活塞的平均速度活塞的平均速度Cm3.4 行程缸径比行程缸径比S/D3.5 强化系数强化系数peCm3.6 压缩比压缩比3.7 重量指标重量指标3.8 外形尺寸指标外形尺寸指标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。17 NoImage3.1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 pZ=68 MPa 增压低速二冲程机 pZ=715 MPa 增压中高速机 pZ=717 MPa 3.2 排气温度

10、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。18 19 NoImage3.3 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。30602SnSnCm20 NoImage3.4 行程缸径比行程缸径比 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

11、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。短行程柴油机：2.5S D 长行程柴油机：2.53.0S D超长行程柴油机：3.0S D 21 3.4 行程缸径比行程缸径比 S/D3.5 强化系数 peCm 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 22 23 NoImage3.6压缩比 对性能影响很大的结构参数。1）对经济性影响 经济性（12影响减弱），但 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上限取值 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

12、经较高，故 ，避免pz 过高。（随技术和材料技术的，已达1619）3）对燃烧起动性影响决定下限取值 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。比重量（gw）又称单位功率重量，即：ewwPGg（kg/kw）24 25 NoImage3.8 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：VPPev（kW/m3）式中：V=LBH，其中L、B、H为柴油机的最大长、宽、高尺寸。26 NoImage排放污染指标柴油机的有害排放物：船舶柴油机的排放受到国际海事组织公约的限制等2,SONOHCCOx