示功图分析

（2）灵敏度高、线性好，但它易受外界干扰影响， 如电源压力波动、电磁场干扰以及环境温度变化 等均影响其工作稳定性。因而它对测量电路要求 较高，需设补偿装置。 （3）它与计算机组成一套完整的多参数综合测量 系统，可实现对柴油机的远距离监测、数字显示 及自动控制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等 监控技术。 三、示功图的种类与用途 用机械示功器可测取p-V示功图、p-V转角示功 图、弱弹簧示功图、纯压缩图、手拉展开图及梳 形图等； 用气电示功器及电子示功器可测取p-φ示功图。
5）结构 缸内气体压力经膜片4传递 给套筒7和石英晶体3 （二片），晶体受压时 产生的负电荷由电荷引 出片6汇集并经导线5引 出。 为减少温度变化对传感器 工作的不利影响，一般 需对传感器采用强制水 冷却。某些新型传感器 工作时可不需冷却。
3、电子示功装置的标定 、 上止点位置的确定和对压力传感器的定期标定。电子示 功装置的标定包括压力值标定和曲轴转角（时间坐标） 标定等。 1）压力值标定 （1）静态标定：指向测量系统输入稳定的标定压力信号， 通过调节电荷放大器或者应变仪的线性度，使其输出的 压力信号误差满足精度要求。 （2）动态标定：对传感器输入已知频率及幅值的压力信 号或者通过激波管产生一阶跃压力，记录它的输出或者 根据它的输出曲线求出频率响应特性，以便在使用时根 据它的输出响应得到准确的输入压力信号。 （3）随机标定：在测量过程中，对一整套动态压力测量 装置进行标定。
1、p-V示功图 、 示功图 1）形状：a）和b）分别为四冲程柴油机与二冲程柴油机 的p-V示功图。主要区别：尾部形状不同。 2）功用：计算指示功率、调整各缸负荷均匀性、量取最 高爆发压力、判断各缸燃烧情况以及计算缸内瞬时温度 等。既能定量也能定性分析工作工作。
2、p-V转角示功图 、 转角示功图 传动机构的小曲柄超前所 测气缸曲柄82˚。 利用小活塞的最大运动速 度带动转筒快速转动， 以记录气缸内上止点附 近的压力变化，即将上 止点附近缸内压力，曲 线横坐标放宽。 功用：定性分析研究缸内 燃烧过程。但图形已失 去示功图原形。
示功器：测取示功图的仪器。根据其工作原理不同，可分 为机械式、气电式和电子式（电阻应变式、压电式）。
一、机械示功器 1、结构与工作原理 组成及作用： 压力感受机构：小活 塞及活塞杆、示功 弹簧；感受气缸气 体力变化并以位移 输出。 转筒机构：绳索、转 筒；反映气缸内活 塞位移。 记录机构：杠杆、记 录机构；平行放大 小活塞的位移并记 录在示功纸上。
3、手拉展开示功图 、 在 不 能 测 取 p-V 转 角 示功图的柴油机上， 为了能研究缸内燃 烧过程情况。如发 火时刻等，可测取 手拉展开图。此时 转筒机构的绳索用 手工快速拉动。
4、梳形图 如需较准确的测 取缸内最高爆 发 压 力 （ pz ） 和压缩压力 （ pc ） 可 测 取 梳形图。此时 可慢慢拉动示 功器转筒绳索， 测 出 多 条 pz 线 和 pc 线 （ 单 缸 停油）。
5、示功图的测取方法及注意事项 示功图的测取方法及注意事项 （1）使用前示功器的检查和标定； （2）柴油机负荷应稳定，即各运行参数正常并保持稳定； （3）选择气象和海况条件适宜； （4）示功器安装前开一下示功阀，吹净通路中杂质等； （5）示功器安装后应先在转筒记录纸上画出大气压力线； （6）测量时轻按画笔尖以防划破记录纸（机械式）； （7）测取满意的示功图后应标明缸号、日期、排温、喷 油泵齿条格数、弹簧比例、转速等参数； （8）为保证准确，最好每缸测取2个示功图。每测取5～6 个示功图后应拆下示功器使之冷却。示功器使用完毕应 进行清洁保养。
第八章 示功图测录与分析 借助测试工具测录柴油机气缸内工作参数[Pz、Pc、 Tr等]，获取气体力变化规律曲线，与说明书试航 报告测取的曲线比较，作为柴油机负荷均匀性调整、 以及故障诊断维修的依据。
第一节 示功图的测录 示功图：气缸内工质压力随气缸 容积或曲轴转角变化的图形。 示功图的面积代表柴油机气缸 内一个工作循环所作的指示。 示功图功用： （1）研究气缸内工作过程的重 要依据：燃烧过程、燃烧放热 率、气体与缸壁传热过程、进 排气过程等。 （2）计算柴油机指示功率、负 荷调整和分析、确定最高爆发 压力和压缩压力，计算缸内温 度等的依据。
弹簧比例与最高爆发压力关系（1/5活塞）：
M（mm/Mpa） 12 10 8 7 6 5 4 3 Pz（Mpa） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 10 12.5 15.0 （1）弹簧比例越小，标准小活塞直径越小，最高爆发压 力越高，所用弹簧越硬； （2）测P-V示功图和爆发压力时，用1/5小活塞、硬弹簧 及低弹簧比例； （3）测弱弹簧示功图和换气压力时，用1/1小活塞、软弹 簧及高弹簧比例； （4）当弹簧不变时，将1/1标准小活塞换为1/5标准小活塞 时，意味着由测低换气压力改为测高爆发压力，弹簧比 例应小、减小为原来的1/5。
二、示功器传动机构不正常引起的畸形示功图
1）示功器传动机构超前 ） 特征：压缩线降低、膨胀线升高，示功图变胖。 特征：压缩线降低、膨胀线升高，示功图变胖。
2、示功器传动机构定时滞后 示功器传动机构定时滞后 特征：压缩线升高、膨胀线降低，示功图变瘦。 特征：压缩线升高、膨胀线降低，示功图变瘦。
实践表明，传动机构超前或滞后对示功图形状影响极大。 一般每相差1˚CA，则平均指示压力pi相差5.5％。
2）凸轮式传动机构： 示功凸轮装在凸轮轴上，示功凸 轮的外形是按柴油机活塞运动 规律设计并按一定的位置安装 在凸轮轴上，其高度、最低位 置也与活塞的上、下止点对应。 当测量完毕时，可用插销通过销 孔5和6把导杆3提起使之脱离凸 轮轴控制。 3）杠杆式传动机构 采用一套杠杆机构铰接在活塞或 十字头上，按比例反映活塞运 动规律。因铰接点易磨损造成 失真，很少使用。
2） 结构 ：应变片7粘贴在应 变筒4外壁，应变筒由薄壁 （0.2～0.3mm）合金钢制成， 下端焊有很薄的悬链薄膜5。 此薄膜既薄又柔软，只传递 压力而不产生弹力。 丁烯橡胶套管6保证应变片良 好绝缘，同时也起到阻尼作 用，消减应变筒的高频振动。 调整垫片3可保证安装时应变 筒有适当的预紧力。 应变筒轴向压缩应变和横向拉 伸应变组成电桥两臂，两个 应变片组成测量臂并起温度 补偿作用，使测量精度提高。
5、弱弹簧示功图 、 研究和检查换气过程的情况，则应测取弱弹簧示功图。示 功器应换用1／1标准活塞和软弹簧。
6、p-φ示功图（用电子示功器测取） 、 示功图（ 示功图 用电子示功器测取） 功用：计算指示功率，评估燃烧与换气过程，测量 最高爆发压力pz和压缩压力pc、计算放热率、测 定发火角等。
第二节 示功图的分析与计算 示功图分析就是把所测示功图与正常示功图进行比较，判 断柴油机工作过程图形是否因传动机构的不正常 所引起。 压缩线与膨胀线基本重合，则表示传动机构与柴油 机活塞位移同步。若膨胀线在上压缩线在下，则 为传动机构超前。若膨胀线在下压缩线在上，则 为传动机构滞后。
三、示功器故障引起的畸形示功图 1、示功器转筒绳索太长或太短 、 示功器传动方向：膨胀行程使转筒弹簧拉紧，而在压缩行 程时使转筒弹簧放松，绳索太长：切头，绳索太短：切 尾，示功图长度变短。严重时将绳索拉断或将转筒拉坏。
2）示功弹簧： 用弹簧比例M标记的多根弹簧 弹簧比例M：表示缸内压力每 变 化 1MPa 时 弹 簧 的 变 形 量 （mm），单位为mm／MPa。 弹簧比例M选择：根据小活塞 标号和柴油机缸内最高爆发 压力pz ，使所测取的示功图 接近示功图纸高度的最大高 度。 示功纸规格：高度50mm/60mm 如测p-V示功图可选用1/5小活 塞，并根据缸内最高爆发压 力pz=8.0MPa，可选用 M=6mm／MPa的示功弹簧。
4、机械示功器的主要优缺点及 适用范围 主要优点： 结构简单，使用方便而广泛地 作为低速柴油机的随机供应 仪表，供监控柴油机使用。 主要缺点： 各感应元件均由弹簧系统组成， 必须具有一定质量（因强度 要求），而其弹簧刚度不能 大大（灵敏度要求），致使 它的自振频率较低，不适用 于高、中速机使用。 使用范围：400rpm以下低速机 （螺旋弹簧）和部分中速机 （柱形弹簧）。
二、电子式示功器 组成：传感器、测量电路、记录显示装置。 工作原理：通过传感器把气缸内的气体压力、曲轴转角等 非电量按一定比例转换成相应的电量输出，经放大器等 中间环节输送到记录显示装置进行显示或打印，测取pφ示功图。 分类（按压力传感器形式） 电阻应变式、压电石英式、电容式、电感式。 曲轴转角传感器：磁电式、光电式。 1、电阻应变式示功装置 、 1）工作原理：利用电阻应变式压力传感器把被测压力转 换成应变片的电阻值，通过应变仪把电阻值的变化转换 并放大成所需的电压或电流信号送往显示记录装置。 电阻应变式压力传感器 应变仪 显示记录装置。
示功弹簧：螺旋弹簧式、柱形弹簧式（中速机）。 工作原理：机械位移方法测量缸内压力及活塞位移，绘出 气缸内压力随活塞位移变化图形，即p-V示功图。
2、小活塞和弹簧的选择 1）小活塞：三套活塞（连 同相应的小气缸）及一 套刚度不同的示功弹簧。 活塞标号： 1／1（标准活塞直径为 20.27mm）； 1／2（其面积为1／1活塞 的1／2，活塞直径为 14. 35mm）； 1／5（其面积为1／1活塞 的1／5，活塞直径为 9.06mm）。
2、压电石英式示功装置 、 1）组成：压电式压力传感器、 前置放大器和示波器。 2）工作原理 压电式压力传感器 前置放 大器 示波器 3）前置放大器作用：放大压 电传感器的微弱信号并将 传感器的高阻抗输入变为 低阻抗输出。 它的绝缘性能对测量精度影 响极大，通常多采用电荷 放大器。
4）压电石英传感器——根 据石英晶体的压电效应 制成的。 压电效应是指某些晶体在 沿其某个结晶轴方向受 到外力作用时，其内部 将产生极化现象：在其 表面上有电荷集结，且 此电荷的大小与外力成 正比，当外力消失，晶 体又恢复至不带电状态。 具有压电效应的晶体称压 电晶体。
2）曲轴转角标定： 指给出具有一定精度的上止点记号和已知频率的时 标标记或曲轴转角标记。 理论与实践指出，上止点标记明显影响示功图计算 的准确度。若上止点有1ºCA误差，则示功图计算 有±5.5％的误差，因而要求上止点标记误差满 足0.2～0.5ºCA的要求。 上止点的确定对于运转的多缸柴油机，一般通过暂 时单缸停油法测录。 4．电子示功装置的优缺点及适用范围 ． （1）固有频率高，即具有良好的高频特性，与适 当的测试环节匹配可获得良好的频响特性，所以 它的频率特性宽，适合于低、中、高速柴油机使 用，测量误差小于1％。