柴油机的性能定义和技术指标
发布时间：2024-08-16 点击：335
柴油机的性能定义和技术指标
为了购买用户更好地理解产品质量的全面性，通常利用柴油机的一些主要技术指标来判断和衡量柴油机的性能。柴油机主要性能指标有发动机标定功率、耗油率、最大牵引力、连续工作时间、有效扭矩、有效功率、转速、有效燃油消耗率以及动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。康明斯公司在本文中主要介绍了包括柴油发电机组用的发动机动力性、经济性、重量和外形尺寸、排气污染指标等数据。
nta855康明斯发动机主视图
1、动力性指标
动力性指标是指柴油机对外做功能力，一般指功率、平均有效功率、平均有效压力、转速和活塞平均速度等。
① 有效功率
柴油机在单位时间内所做的功，功率的单位为kw，1kw＝1000n·m/s。
② 指示功率
柴油机在气缸中单位时间内所做的功。
③ 有效功率pe
指示功率减去消耗于内部零件的摩擦损失、泵气损失和驱动附件损失等机械损失功率之后，从发动机曲轴输出的功率。
如果柴油机曲轴每分钟的转速为n，曲轴每秒输出的有效功率为we，由于
则柴油机的有效功率为
式中 me——有效扭矩。
④ 平均有效压力
各种发动机的动力性能通常用平均有效压力p。来比较和评定。它是一个作用在活塞顶上的假想的大小不变的压力，它是活塞移动一个行程所做的功，等于每循环所做的有效功。
有效功率也可用下式表示
ne=ivspen/30t(kw)
式中i——气缸数；
vs ——气缸工作容积（l）；
pe ——平均有效压力（mpa）；
n——发动机转速（r/min）；
t——发动机的冲程数，对四冲程发动机t＝4，对二冲程发动机t＝2。
于是
pe=30tne/ivsn
可见pe代表了单位气缸工作容积所发出的有效功率。pe是一个重要指标，它不仅说明工作循环进行得好坏，而且还包括了机械损失的大小，在相同的条件下，pe值越高，发动机输出的有效功越多。pe的数值一般如下：
非增压柴油机：0.5～0.9mpa；
增压柴油机：0.8～3.2mpa。
⑤ 转速和活塞平均速度
转速n：
柴油机曲轴每分钟的转速，单位为r/min。转速对柴油机性能和结构影响很大。各种类型柴油机使用转速范围各不相同。
活塞平均速度cm：
活塞在气缸中运动的速度是不断变化的，在行程中间较大，在止点附近较小，止点处为零。若已知柴油机转速n时，则活塞平均速度可由下式计算
式中 s——行程（m）。
nta855康明斯发动机外形图纸
2、经济性指标
一般指柴油机的燃油消耗率和润滑油消耗率。
① 燃油消耗率
简称耗油率：柴油机工作时，每千瓦小时所消耗油量的克数，单位为g/（kw·h）以指示功率计的每千瓦小时的燃油消耗率称为指示燃油消耗率，表示柴油机经济性的指示指标；有效燃油消耗率：有效功率计的每千瓦小时的燃油消耗率。表示柴油机经济性的有效指标。在柴油机产品说明中所指的燃油消耗率都是指有效燃油消耗率。测出扭矩me和转速n，以及每小时燃油消耗量gt（kg/h）和有效功率pe后，用下式求出有效燃油消耗率ge
柴油机的ge值g/（kw·h）范围大致如下：
高速柴油机：ge＝212～215；中速柴油机：ge＝197～235；低速柴油机：ge＝169～190。
② 润滑油消耗率
柴油机在标定工况时，每千瓦小时所消耗润滑油量的克数，单位为g/（kw·h）。
柴油机的润滑油消耗率一般在0.5～4g/（kw·h）左右。柴油机的润滑油是在机内不断循环使用的，其消耗的原因主要是：柴油机在运转时润滑油经活塞窜入燃烧室内或由气阀导管流入气缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出；另外，有一部分润滑油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。
3、重量和外形尺寸指标
评价柴油机结构紧凑性和金属材料利用率的一项主要指标是柴油机的重量和外形尺寸。各种类型的柴油机对外形尺寸和重量的要求是不同的。
① 重量指标
柴油机的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，是柴油机净重gw与标定功率pe的比值，即
所谓净重是指不包括燃油、润滑油、冷却水以及其他未直接装在内燃机本体上的附属设备与辅助系统的重量。
比重量的大小，除了和柴油机类型、结构、附件的质量有关外，还和所用材料和制造技术有关。
② 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pv是柴油机的标定功率pe与柴油机外廓体积v的比值，即
式中v＝l·b·h，其中l、b、h为柴油机的最大长、宽、高尺寸。
4、排气污染指标
在柴油机的排气中含有数量不大，但非常有害的排放物。它们是一氧化碳co、碳氢化合物hc、氧化氮no和二氧化硫so2。这些燃烧产物排入大气，污染环境而且有害于人体健康，从而造成社会公害。
随着环境保护意识的增强，对柴油机排气污染的限制也日益严格。我国已实施的国家标准（gb20891-2014）对非道路移动机械用柴油机排放的限制见表2-1。
表1 中国第三、四阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限制
阶段
额定净功率
kw
c0
(g/kw·h)
hc
(g/kw·h)
nox
(g/kw·h)
hc+nox
(g/kw·h)
pm
(g/kw·h)
第三
阶段
pmax>560
3.5
6.4
0.20
130≤pmax≤560
3.5
4.0
0.20
75≤pmax<130
5.0
4.0
0.30
37≤pmax<75
5.0
4.7
0.40
pmax<37
5.5
7.5
0.60
第四
阶段
pmax>560
3.5
0.40
3.5,0.67①
0.10
130≤pmax≤560
3.5
0.19
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为了购买用户更好地理解产品质量的全面性，通常利用柴油机的一些主要技术指标来判断和衡量柴油机的性能。柴油机主要性能指标有发动机标定功率、耗油率、最大牵引力、连续工作时间、有效扭矩、有效功率、转速、有效燃油消耗率以及动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。康明斯公司在本文中主要介绍了包括柴油发电机组用的发动机动力性、经济性、重量和外形尺寸、排气污染指标等数据。
nta855康明斯发动机主视图
1、动力性指标
动力性指标是指柴油机对外做功能力，一般指功率、平均有效功率、平均有效压力、转速和活塞平均速度等。
① 有效功率
柴油机在单位时间内所做的功，功率的单位为kw，1kw＝1000n·m/s。
② 指示功率
柴油机在气缸中单位时间内所做的功。
③ 有效功率pe
指示功率减去消耗于内部零件的摩擦损失、泵气损失和驱动附件损失等机械损失功率之后，从发动机曲轴输出的功率。
如果柴油机曲轴每分钟的转速为n，曲轴每秒输出的有效功率为we，由于
则柴油机的有效功率为
式中 me——有效扭矩。
④ 平均有效压力
各种发动机的动力性能通常用平均有效压力p。来比较和评定。它是一个作用在活塞顶上的假想的大小不变的压力，它是活塞移动一个行程所做的功，等于每循环所做的有效功。
有效功率也可用下式表示
ne=ivspen/30t(kw)
式中i——气缸数；
vs ——气缸工作容积（l）；
pe ——平均有效压力（mpa）；
n——发动机转速（r/min）；
t——发动机的冲程数，对四冲程发动机t＝4，对二冲程发动机t＝2。
于是
pe=30tne/ivsn
可见pe代表了单位气缸工作容积所发出的有效功率。pe是一个重要指标，它不仅说明工作循环进行得好坏，而且还包括了机械损失的大小，在相同的条件下，pe值越高，发动机输出的有效功越多。pe的数值一般如下：
非增压柴油机：0.5～0.9mpa；
增压柴油机：0.8～3.2mpa。
⑤ 转速和活塞平均速度
转速n：
柴油机曲轴每分钟的转速，单位为r/min。转速对柴油机性能和结构影响很大。各种类型柴油机使用转速范围各不相同。
活塞平均速度cm：
活塞在气缸中运动的速度是不断变化的，在行程中间较大，在止点附近较小，止点处为零。若已知柴油机转速n时，则活塞平均速度可由下式计算
式中 s——行程（m）。
nta855康明斯发动机外形图纸
2、经济性指标
一般指柴油机的燃油消耗率和润滑油消耗率。
① 燃油消耗率
简称耗油率：柴油机工作时，每千瓦小时所消耗油量的克数，单位为g/（kw·h）以指示功率计的每千瓦小时的燃油消耗率称为指示燃油消耗率，表示柴油机经济性的指示指标；有效燃油消耗率：有效功率计的每千瓦小时的燃油消耗率。表示柴油机经济性的有效指标。在柴油机产品说明中所指的燃油消耗率都是指有效燃油消耗率。测出扭矩me和转速n，以及每小时燃油消耗量gt（kg/h）和有效功率pe后，用下式求出有效燃油消耗率ge
柴油机的ge值g/（kw·h）范围大致如下：
高速柴油机：ge＝212～215；中速柴油机：ge＝197～235；低速柴油机：ge＝169～190。
② 润滑油消耗率
柴油机在标定工况时，每千瓦小时所消耗润滑油量的克数，单位为g/（kw·h）。
柴油机的润滑油消耗率一般在0.5～4g/（kw·h）左右。柴油机的润滑油是在机内不断循环使用的，其消耗的原因主要是：柴油机在运转时润滑油经活塞窜入燃烧室内或由气阀导管流入气缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出；另外，有一部分润滑油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。
3、重量和外形尺寸指标
评价柴油机结构紧凑性和金属材料利用率的一项主要指标是柴油机的重量和外形尺寸。各种类型的柴油机对外形尺寸和重量的要求是不同的。
① 重量指标
柴油机的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，是柴油机净重gw与标定功率pe的比值，即
所谓净重是指不包括燃油、润滑油、冷却水以及其他未直接装在内燃机本体上的附属设备与辅助系统的重量。
比重量的大小，除了和柴油机类型、结构、附件的质量有关外，还和所用材料和制造技术有关。
② 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pv是柴油机的标定功率pe与柴油机外廓体积v的比值，即
式中v＝l·b·h，其中l、b、h为柴油机的最大长、宽、高尺寸。
4、排气污染指标
在柴油机的排气中含有数量不大，但非常有害的排放物。它们是一氧化碳co、碳氢化合物hc、氧化氮no和二氧化硫so2。这些燃烧产物排入大气，污染环境而且有害于人体健康，从而造成社会公害。
随着环境保护意识的增强，对柴油机排气污染的限制也日益严格。我国已实施的国家标准（gb20891-2014）对非道路移动机械用柴油机排放的限制见表2-1。
表1 中国第三、四阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限制
阶段
额定净功率
kw
c0
(g/kw·h)
hc
(g/kw·h)
nox
(g/kw·h)
hc+nox
(g/kw·h)
pm
(g/kw·h)
第三
阶段
pmax>560
3.5
6.4
0.20
130≤pmax≤560
3.5
4.0
0.20
75≤pmax<130
5.0
4.0
0.30
37≤pmax<75
5.0
4.7
0.40
pmax<37
5.5
7.5
0.60
第四
阶段
pmax>560
3.5
0.40
3.5,0.67①
0.10
130≤pmax≤560
3.5
0.19
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