柴油发动机的特性介绍.docx

柴油发动机的特性一、 柴油机的工况所谓柴油机工况是指柴油机的工作状况或运行状况，如转速的高低、负荷的大小 等概括起来，可以归纳为以下三类：(1) 要求柴油机的转速n始终不变或变化很小，而负荷可根据需要从零变化到 最大柴油机带动发电机工作时，按这种工况工作2) 要求柴油机的负荷和转速都能在一定的范围内变化，而它们之间的变化有 一定的规律柴油机作主机带动螺旋桨工作时按此工况工作3) 柴油机的负荷及转速都可以在较大的范围内各自任意变化，它们之间没有 相互的依赖关系如船上用来带动应急空气压缩机或应急消防泵的柴油机以及陆 上的车用柴油机都是属于这种工况二、 柴油机的特性柴油机的主要性能指标和工作参数随工况而变化的规律叫柴油机的特性表征柴油机性能的有效指标主要有：平均有效压力pe、有效功率Pe、有效转矩 Me、有效耗油率ge、有效热效率ne等表征柴油机运行状态的工作参数主要有：转速n、进气压力pa、增压压力pk、 最高爆发压力pz、排气温度tr、冷却水温度tw、增压器转速nT等通常用试验的方法把在不同工况下所测得的上述性能指标和工作参数之间的关 系用平面直角坐标系表示出来这些性能指标及工作参数之间的关系曲线就叫做 柴油机的特性曲线。

柴油机的特性是柴油机固有的性能，是合理使用柴油机的重要依据，有以下作用:(1) 评价柴油机性能2) 确定柴油机工况3) 分析影响特性的状态4) 检测柴油机的状态第二节柴油机的负荷特性一、 负荷特性曲线及其制取负荷特性是指柴油机在转速固定不变时，其主要性能指标及工作参数随负荷而变 化的规律将这些变化规律在平面直角坐标图上表示出来，就叫负荷特性曲线负荷特性曲线的测取，通常是在专门的试验台上进行的在有条件的船厂或实船 上，也可以测取其具体步骤如下：(1) 首先按柴油机开动起来，并逐渐将转速加至标定转速nb，再通过测功器稍 加外负荷，使柴油机达到稳定的热状态2) 依此将负荷从零加至标定负荷的25%f50%—75%-100%-110%每加一次 负荷都适当地增加供油量，以维持柴油机的转速不变记录每次负荷下柴油机的 各性能参数柴油机的负荷，常用平均有效压力pe来表示，又因负荷特性试验时，柴油机的 转速n固定不变，所以也有用有效功率Pe来表示负荷的大小的二、 负荷特性曲线分析1. 有效功率Pe和指示功率Pi的变化情况有效功率Pe是通过坐标原点的一条直线这是因为Pe与pe之间存在着公式 的 关系对于既定的柴油机，当按负荷特性工作时，c、n、i都为定值。

上面的公 式可以写成根据Pi=Pe+Pm，则当转速不变时，机械损失功率Pm可以看作不变，所以指示功 率Pi也是一条直线，与Pe平行，相距为机械损失功率Pm值的大小2. 机械效率nm的变化情况根据公式，而，当时，，当时，nm达到最大值3. 有效热效率ne和有效耗油率ge的变化情况ni主要取决于过量空气系数a，而a则取决于每循环的供油量与充气量对于 非增压柴油机，当转速n不变时，每循环的充气量几乎不变，a的变化主要取决 于循环供油量随着负荷的增加，供油量加大，a则减小对于废气涡轮增压柴 油机，充气量还受到增压器输出空气压力pk的影响，a随负荷增加而下降的速 度有所不同，但总的趋势仍是a随负荷的增加而减小的由于a随负荷的增大而降低，因此n i亦随负荷的提高而降低当负荷下降到某一较低的数值时，n i则不再提高ne=n i -nmo当负荷从pe开始降低时，ni是随pe的降低而增大的，nm却 随pe的下降而减小初期，n i的变化速率大于nm，因此ne也是随pe的降低 而提高的当负荷继续下降时，ni的增大速度减缓而nm的降低速度加快因 此ne在达到某一最高值后就开始同nm —起随负荷的降低而降低在低负荷区， nm随负荷的降低而急剧降低，使ne也以很快的速度下降（见图中的ne曲线）。

ge与ne正好相反，从图中可以看到，有效耗油率曲线ge是一条凹形曲线，而 有效热效率ne是一条拱形曲线随着负荷的变化，在低于标定负荷pb的某一 值下，有一个ne的最大值nemax和ge的最小值gemin值得一提的是，柴油 机运行的最佳工况，并非指gemin哪一点，而是ge/pe最小的（输出功率既大而 耗油率又小的）那一点，即特性曲线图中，从坐标原点作ge=f（pe）曲线的切线， 切点对应的pe即为最佳工况，此时ge/pe最小在低负荷运行时，ne降低，耗油率增加，经济性变差，越是低负荷越显著，这 个特点也是一切柴油机所共有的第三节柴油机的速度特性将油量调节机构（油泵齿条或拉杆）固定在某一位置（每循环供油量不变）时， 改变柴油机的外负荷，使柴油机转速变化，这样测得的柴油机的主要性能指标和 工作参数随转速n而变化的规律，叫柴油机的速度特性按油量调节机构固定的位置不同，柴油机的速度特性又可分为全负荷速度特性、 超额负荷速度特性和部分负荷速度特性柴油机的速度特性是在柴油机制造厂试 验台上试验时测取的，在实船条件下轮机员无法进行这项试验柴油机装配完毕之后，经过试车、磨合和调试，使各缸功率达到平衡并把喷油提 前角调整至最佳值，才进行试验。

在试验过程中，润滑油和冷却水的温度和压力 应始终保持在最佳状态一、全负荷速度特性把油量调节机构固定在标定供油量（即柴油机在标定转速nb下发出标定功率Pe 时的供油量）位置时，柴油机的主要性能指标和工作参数随转速n而变化的规律， 叫全负荷速度特性又叫标定负荷速度特性1. 全负荷速度特性曲线的测取先开空车，使柴油机达到标定转速nb，然后通过测功器逐步增加柴油机的外负 荷，同时相应地增加供油量，使柴油机稳定在标定工况运行此时柴油机的转速 为标定转速nb，发出的有效功率为标定功率Pb（轴上的转矩也称为标定转矩Mb） 于是将油量调节机构同专用工具或螺钉锁定，先记下该转速下的各性能参数，然 后通过测功器逐次增加柴油机的外负荷，柴油机的转速会相应降低使柴油机在 标定转速和最低稳定转速之间逐次稳定在6〜8个不同的转速上，测量并记录各 对应转速下柴油机的各个性能参数按照我国“国标”的规定，进行全负荷速度特性试验时，要遵循统一的标准，一 是标准环境状态，二是标定试验功率标定试验功率是指以何种功率作为试验时的标定功率各个国家也有不同的标 准按照我国国家标准，内燃机的标定功率分为：15分钟功率、1小时功率、12 小时功率和持续功率四种。

我国《钢质船舶入级与建造规范》（1983年）规定， 船用柴油机以持续功率为标定试验功率国外船用柴油机以最大持续功率（MCR） 定为标定功率2. 全负荷速度特性曲线分析1 ）转矩Me的变化情况在没有任何损失的理想情况下，当每循环的供油量不变时，柴油机的转矩与转速 无关，转矩Me应是一条水平的直线但实际上，柴油机的转矩Me随转速n的变 化关系呈中间凸起，两头稍低的状态这是因为低速时，每循环所占有的时间较 长，气缸与活塞之间的漏气和散热损失等都较明显而且低速时，喷油泵柱塞运 动速度低，泄漏量也较大，每循环的供油量较高速时小，所以转矩较小；高速时， 充气系数nv会变低，燃烧过程更短，后燃变得严重，而且高速时摩擦损失也大， 因此转矩也会稍低最大转矩Memax所对应的转速nemaxVnb2） 有效功率Pe的变化情况柴油机的有效功率与转矩和转速的乘积成正比从最低稳定转速至标定转速之间 的工作转速范围内，转矩变化甚微，所以有效功率Pe近似一条斜直线但当Pe 达Pb时，若再加大转速，因换气质量恶化，使燃烧不良，因摩擦而引起的机械 损失也增大，因此使功率Pe又开始随转速升高而下降所以，全负荷速度特性 曲线中Pe=f（n）曲线反映了柴油机在不超过标定供油量的条件下，各转速下所 能发出的最大有效功率。

柴油机装到实船上工作时，因机舱的环境温度较高，排 气管路长，阻力大以及各种航行条件等因素的影响，如果仍要按试验台上所测得 的标定功率工作，柴油机必然要超负荷所以船舶主机在长期运转中所使用的功 率往往要比标定功率小（约为标定功率的85%〜95%）这个功率称为运转功率3） 有效耗油率ge的变化情况开始时，ge随转速n的增加而减小，当转速增大到一定程度后，由于进气阻力 增大，进气量减少，而摩擦损失随转速升高而有所增大，所以有效耗油率又随转 速的增高而微微有所上升最低耗油率gemin所对应的转速ngeminVnb有效 耗油率曲线中，若最低耗油率段比较平坦，说明柴油机在较宽的转速范围内都能 获得良好的经济性二、超负荷速度特性 按我国船用柴油机功率标准规定，柴油机的超负荷功率为标定功率的110%,柴 油机必须保证在超负荷功率下至少能连续运转lh而排气不冒黑烟测定超负荷速度特性时，先使柴油机在标定转速nb下稳定运转，然后通过测功 器逐渐增加柴油机的负荷，并同时增加供油量，使柴油机达到超额负荷功率和相 应的转速（作发电柴油机时为标定转速nb；作主机时，此时是在103%下运转） 此时油量调节机构所处的位置被确定为实际运转中允许达到的极限位置。

为了使 柴油机运转中，供油量不超过这一极限位置，实船上的柴油机均在这一位置上设 置限位块在油量调节机构固定在上述极限位置的情况下，逐渐增加柴油机的外负荷，使柴 油机在低于超负荷功率转速的若干个不同转速下稳定运转，测量并记录相应转速 下的性能参数根据这些数据则可绘出超负荷速度特性曲线该曲线显示了柴油 机在各种不同转速下工作时所能达到的最大功率由于此时柴油机是处于超负荷 下工作的，气缸内温度、压力都很高，致使机件受到很大的热应力和机械应力 因此，按超负荷速度特性工作、时间不应超过lh，一般只允许在必要时短时间 运转三、部分负荷速度特性把喷油泵油量调节机构固定在比标定功率供油量小的各个不同位置上所测试的 柴油机的速度特性，称为部分负荷速度特性因为比标定功率供油量小的位置有 很多，根据油量调节机构所固定位置的不同，可以测得很多部分负荷速度特性曲 线柴油机的有效功率Pe和有效耗油率ge随转速n变化的总趋势是一致的，循环供 油量大、转速高时，有效功率Pe越大；而有效耗油率ge的变化规律是：在每种 供油量不变的前提下和在柴油机可运转的转速范围内，都存在一个最经济的转速 ngemin，在同一转速和不同供油量时，以标定供油量的gemin为最小。

从Pe曲 线的分布来看，自上而下依次是110%、100%、90%、75%、50%标定负荷的速度特 性从ge曲线的分布来看，自上而下的依次是50%、75%、90%、110%、100%标 定负荷的速度特性由此可以看出，柴油机按部分负荷特性运行时，燃油消耗率 ge的值较大，所以经济性较差第四节 柴油机的推进特性当柴油机作为船舶的主机带动螺旋桨工作时，不管柴油机与螺旋桨是直接连接还 是通过减速齿轮箱连接，二者之间总要保持能量上的平衡因此主机发出的功率 和转矩随转速而变化的规律与螺旋桨吸收的功率和转矩随转速而变化的规律必 须相同一、螺旋桨的特性 根据螺旋桨理论，可以得知：螺旋桨所需的吸收功率与其转速的三次方成正比二、 柴油机的推进特性柴油机作主机带动螺旋桨工作时，根据主机功率与螺旋桨所需功率相等的原则， 主机所发出的有效功率Pe与转速n的关系也应遵循三次方的规律，即 Pe二Pp二Cn3柴油机依螺旋桨特性工作时，各主要性能参数随转速而变化的规律 称为柴油机的推进特性柴油机的推进特性是在专门的试验台上进行测试的根据柴油机的标定功率和标 定转速的值，首先按公式Pe=Cn3计算出柴油机按推进特性工作时各转速下对应 的功率值。

将柴油机调整到在推进特性的各对应点上稳定运行，测取各对应点下柴油机的各 主要性能参数，然后以转速为横坐标，以所测。