船用中速四冲程发动机发动机转速下降

对这类发动机的要求跟上面5.5.1节所叙述的载货汽 车 发动机的要求是完全不同的，而是受船舶螺旋桨特性支 配。 螺旋桨功率的增加几乎与转速的立方成正比(即大家 所熟知 的螺旋桨定律)。因此，要求发动机的扭矩或平均有 效制动压 力随转速的平方增加。图5-18所示为船用中速 发动机在全速 (1000r/min)   和满负荷时，额定乎均有效制 动压力为25×10s Pa的功率曲线。

船用发动机所要求的空气流量可以由方程式(14)求出，但当量比(或空燃比)应是“实存在气缸中的 ”数值，并且

还要考虑到扫气气流。现在，我们来就三种不同的情况进行

研究：第一，实际空燃比仅能 满足容许的排气烟度，这类发 动机为无素流型燃烧室，其典 型的空燃比值约为25:1 (转 速为1000 r/min,    缸径为200

300mm) 。 第二，实际空燃

比能满足燃用重油(雷德伍德 粘度达3500s)   在排气温度不 大于500℃时的工况，其空燃 比将随着“螺旋桨定律 ”变 化，在各种速度时其值可能超 过25 : 1 (实际空燃比) 。第 三，空燃比能满足最低比油耗  (特定负荷下)的工况，这有 些象实际空燃比40:1附近的

情况(参见图5-11),但由于 气缸压力过高，因而限制在较 低数值。

图5-19所示是基于上述三种空燃比的情况，在压气机等 熵效率为80%,中冷效率为0.8,气缸内实际的空气加上30% 的扫气空气的容积效率为95%的条件下，对压气机空气流量 的要求。可以很明显地看出：对压气机的特性要求与载货汽车 发动机所提出的要求有相当大的区别。随着质量比流量的增 加，其压比也随之增加，不过在很窄的流量范围内就能满足 船舶发动机的要求。从图上还可以看出：为了获得500℃以 内的排气温度，额外增加了对压比的要求，尽管超出了对烟度限制的规定，但并非完全不合理。不管怎样，为了达到最 佳燃料消耗， 一个更高的压比是必需的。在这种使用条件 下，作一些投资，即使发动机的效率只改善1%,也是值得 的。改善发动机效率对压气机获得高压比和高效率均有很强 的激励作用。然而，压气机的高压比将受到最大容许气缸压力的限制。

为 了 达 到 图 5 - 1 9

所 示 的 压 比 ， 对 压 气

机 功 率 的 要 求 示 于 图 5-20,为获得最佳的 燃油耗，压气机所需 要的功率有可能高达 发动机额定功率的 67%, 即使在燃用残 渣燃料时有充足的 空气量，压气机所需 要的功率仍高达发 动机功率的40%。显 然，我们所研究的这 类船用大功率发动机，是不可能采用机械式驱动的增压器的。

对一个有良好扫气效果的等压涡轮增压器必须使在进气 歧管压力约相当于排气歧管压力的1.15倍的基础上才能获得 所要求的涡轮增压器总效率。对涡轮增压器总效率的要求示 于图5-21。 目前，大型涡轮增压器的总效率可达63%～65%,  这样的效率足以满足发动机运行在500℃的排气温度限值， 但燃料消耗并非最佳。如果船用四冲程发动机要达到额定的输出功率，平均有效制动压力要上升至20×10s~25×10s Pa,   燃油消耗又是最佳的情况，那么,压气机和涡轮的效率均要 求在85%以上。

当排气歧管的温度在500℃而进气歧管压力为排气歧管 压力的1.15倍时，对涡轮流量特性的要求如图5-22所示，可看出，涡轮的流量几乎随着质量比流量和压比的变化成线性 的增加，并与喷嘴的节流特性相匹配。从图上还可以看出： 这种喷嘴的流动特性跟载货汽车发动机所要求的特性曲线非、 常接近。对这种涡轮的效率要求是：在发动机转速下降，涡轮  膨胀比也降低的条件下，要能达到必须的增压压力(图5-21) 因此，较高的渴轮效率是可以补偿发动机低于额定转速时的  膨胀比的不足(图5-22)。类似图5-22的这种涡轮的喷嘴流  量特性是非常适用的。

现在，我们就可以把船用中速四冲程柴油机对涡轮增压 系统的有关要求门纳如下：

(a) 相对说宋，流量范围较窄的压气机是可以使用的。

(b)相对于发动机的功率而言，压气机所耗的功率是比 较大的，在发动机乎均有效制动压力为25×105Pa时，其所 占比值为40%～60%。由此看来，涡轮增压系统是特别重要  的 。

(c)为了达到最佳燃油耗，要求极高的压气机压比和极 高的涡轮增压器总效率。

(d) 为了使残渣燃料能满足高的平均有效制动压力，要 求涡轮增压器的总效率应高于60%。

(e) 要求涡轮的膨胀比应能随质量比流量的上升的增加， 因为喷嘴的流动特性非常适应这样的使用要求。