柴油发动机的特性介绍.docVIP

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ηe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%→50%→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ηm的变化情况 根据公式 ，而 ，当 时， ,当 时，ηm达到最大值。 3．有效热效率ηe和有效耗油率ge的变化情况 ηi主要取决于过量空气系数α，而α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，α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，α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，α随负荷增加而下降的速度有所不同，但总的趋势仍是α随负荷的增加而减小的。 由于α随负荷的增大而降低，因此ηi亦随负荷的提高而降低。当负荷下降到某一较低的数值时，ηi则不再提高。 ηe=ηi·ηm。当负荷从pe开始降低时，ηi是随pe的降低而增大的，ηm却随pe的下降而减小。初期，ηi的变化速率大于ηm，因此ηe也是随pe的降低而提高的。当负荷继续下降时，ηi的增大速度减缓而ηm的降低速度加快。因此ηe在达到某一最高值后就开始同ηm一起随负荷的降低而降低。在低负荷区，ηm随负荷的降低而急剧降低，使ηe也以很快的速度下降（见图中的ηe曲线）。 ge与ηe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ηe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ηe的最大值ηemax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，ηe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。