增压柴油发电机的基本工作原理和技术指标
（一）增压柴油发电机的基本工作原理
提高柴油发电机的进气压力，可使进气密度增加，从而达到在同样的气缸容积中充进更多的空气量，以便喷入更多的燃油，做出更多的有用功。这种以提高进气压力来提高柴油发电机功率的方法称为“增压”。
对新鲜空气进行压缩的压气机，其能量利用主要有直接由柴油发电机的曲轴通过齿轮等机械驱动的方式，这种增压方式称机械增压；也有用柴油发电机气缸排出的废气的能量在涡轮机中膨胀做功，由涡轮机来驱动的方式，称废气涡轮增压。
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图1 废气涡轮增压四冲程柴油发电机的工作简图 |
图1是废气涡轮增压四冲程柴油发电机的工作简图。废气涡轮增压器由废气涡轮机8和与其同轴的离心式压气机2等组成。柴油发电机气缸排出的废气经排气管6进入涡轮机8，在其中膨胀做功推动涡轮机转动，并带动压气机2工作。被压缩后的新鲜空气经进气管3送往柴油发电机的各个气缸。
二冲程废气涡轮增压柴油发电机的工作原理和四冲程基本相同，所不同的是在二冲程柴油发电机中，增压空气是先供入扫气箱中，然后经扫气口进入气缸；此外，由于废气涡轮和压气机需能量平衡的原因，二冲程柴油发电机的废气涡轮增压系统中往往设有辅助压气机。
目前，船舶柴油发电机几乎全部都采用了废气涡轮增压。
（二）柴油发电机主要技术指标
柴油发电机的性能，常常利用柴油发电机的一些主要技术指标来判断和衡量。这些技术指标包括：动力性指标、经济性指标、重量和外形尺寸指标、排气污染指标等。
1．动力性指标
动力性指标是指柴油发电机对外做功能力，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
柴油发电机在单位时间内所做的功称功率，功率的单位为kW，1kW＝1000N·m/s。
柴油发电机在气缸中单位时间内所做的功称为指示功率。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称为有效功率Pe。
如果柴油发电机曲轴每分钟的转速为n，曲轴每秒输出的有效功为We，由于
则柴油发电机的有效功率为
式中 Me——有效转矩。
（2）平均有效压力
通常用平均有效压力pe来比较和评定各种发动机的动力性能。它是一个作用在活塞顶上的
假想大小不变的压力，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
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
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：
非增压柴油发电机为（0.5～0.9）MPa；
增压柴油发电机为（0.8～3.2）MPa。
（3）转速和活塞平均速度
①转速 柴油发电机曲轴每分钟的转速，用r/min表示。转速对柴油发电机性能和结构影响很大，而且其范围十分宽广。各种类型柴油发电机使用转速范围各不相同。
②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。若已知柴油发电机转速n时，则活塞平均速度可由下式计算
式中 S——行程，m。
2．经济性指标
经济性指标一般指柴油发电机的燃油消耗率和润滑油消耗率。
（1）燃油消耗率
燃油消耗率简称耗油率，它是柴油发电机工作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，以有效功率计的每千瓦小时的燃油消耗率称为有效燃油消耗率。前者表示柴油发电机经济性的指示指标，后者表示柴油发电机经济性的有效指标。在柴油发电机产品说明中所指的燃油消耗率都是指有效燃油消耗率。测出转矩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，即
柴油发电机的ge值［g/（kW·h）］范围大致如下：
高速柴油发电机，ge＝212～215；中速柴油发电机，ge＝197～235；低速柴油发电机，ge＝169～190。
（2）滑油消耗率
柴油发电机在标定工况时，每千瓦小时所消耗滑油量的克数称为滑油消耗率，单位为g/（kW·h）。
柴油发电机的滑油是在机内不断循环使用的，其消耗的原因主要是：柴油发电机在运转时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，有一部分滑油由于在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。柴油发电机的滑油消耗率一般在0.5～4g/（kW·h）左右。
3．重量和外形尺寸指标
柴油发电机的重量和外形尺寸是评价柴油发电机结构紧凑性和金属材料利用率的一项指标。各种类型的柴油发电机对重量和外形尺寸的要求是不同的。
（1）重量指标
柴油发电机的重量指标通常以比质量来衡量。比质量（gw）又称单位功率质量，是柴油发电机净重Gw与标定功率Pe的比值，即
所谓净重是指不包括燃油、滑油、冷却水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质量。
比质量的大小，除了和柴油发电机类型、结构、附件的大小有关外，还和所用材料与制造技术有关。
（2）外形尺寸指标
外形尺寸指标又称紧凑性指标，是指柴油发电机总体布置紧凑程度的指标。通常以柴油发电机的单位体积功率来衡量。
单位体积功率Pv是柴油发电机的标定功率Pe与柴油发电机外廓体积V的比值，即
式中 V＝LBH，其中L、B、H为柴油发电机的最大长、宽、高尺寸。
4．排气污染指标
在柴油发电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，对柴油发电机排气污染的限制也日益严格。中国已实施的国家标准（GB 267-87）对柴油发电机排放的NOx限制如下：
当Pe＞300kPa时，在ge≤214g/（kW·h）时，NOx限值为29g/（kW·h）；
当ge＝214～268g/（kW·h）时，NOx限值为14～25g/(kW·h);
当ge＞268g/（kW·h）时，NOx限值为11g/（kW·h）。
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