第四节 柴油机的工作循环
一、柴油机的两种示功图
研究柴油机气缸内的工作过程，首先要用仪表测量出能正确反映缸内实际情况的实验数据来。最常见的是测量气缸的压力，因为容易测量，且测得工质压力后，利用热力学的基本公式，还能求出工质温度、内能、计算焓、功和热量等热力参数，这样即可分析循环了。
表示气缸内工质压力变化的图形叫示功图。它有p-V示功图和p-示功图两种形式，现结合柴油机的实际循环加以说明。
1．p-V示功图
气缸内的工质压力随气缸容积变化的图形叫p-V示功图，又称压力－容积图，亦可视为压力与活塞位置的函数关系，如图1-4-1所示。该图上曲线包围的面积相当于工质在一个循环内对活塞作的功，故习惯上称为示功图。
在图1-4-1中，dra'a为进气过程，ac为压缩过程，cze是燃烧过程，eb'为膨胀过程，b'brr'
是排气过程，drr'为进、排气阀重叠开启、燃烧室扫气阶段。上面的环形面积faczeb'bf表示工质从压缩行程到膨胀行程作的正功（向外输出），下面的环形面积fdrr'f代表工质在进、排气行程中作的功，在增压柴油机中亦为正值；但在非增压四冲程柴油机的p-V示功图（图1-4-2）中，此功（即环形面积a'afr'rda'）为负，即消耗功，（因为进气压力线rda'在排气压力线br'r下面）。此负功在柴油机循环的分析中称泵气损失。
图1-4-3为二冲程柴油机的p-V示功图。进、排气过程没有占用单独的活塞行程，因而也没有相应的环形面积。图中，b、a－排气口开启、关闭，d、g－扫气口开启、关闭，bdfga－进、排气过程。环形面积aczebfa代表工质在一个循内对外作的功。
图1-4-1 四冲程增压柴油机的p-V示功图
图1-4-2 四冲程非增压柴油机的p-V示功图 2．p-示功图
气缸内的工质压力随曲轴转角变化的图形叫p-示功图。p-V示功图不适于研究燃烧过程，因为燃烧过程发生在上止点附近，此时活塞运动速度（相当于气缸容积变化速率）很慢，难以从p-V图上看出这一区间内压力变化的特点。若以曲轴转角为横座标就清楚了，这等于把上止点附近的压力变化图形展开，故又称展开示功图，在柴油机性能研究中得到广泛的应用。
试验题目：柴油机示功图的制取
目录
试验题目：柴油机示功图的制取 ....................................................... 1
1. 实验目的： ............................................................................ 2
2. 实验仪器 ............................................................................... 2
3. 试验方法 ............................................................................... 3
4. 数据处理 ............................................................................... 4
a) 纯压缩线与上止点确定 ....................................................... 4
b) 绘制p图 ..................................................................... 6
c) 曲轴转角修正与任意时刻气缸容积计算 ................................. 6
d) 各工况示功图绘制 ............................................................. 7
e) 各工况示功图对比分析 ....................................................... 9
f) 根据dp-dφ曲线判断着火始点 ............................................. 11
示功图的现场测试及综合解释
◎郑萌（江苏油田技师学院）
摘要：油井实测示功图是分析有杆泵工作状况的重要诊断手段，
作者通过近４年的实测示功图和检泵结果的对比分析，逐步地摸索总
结出一套实测示功图综合解释方法。减少了油井的躺井率。 关键词：抽油井；实测；示功图；
工况的好坏直接关系到油井的生产，综合解释示功图是分析油井
的生产动态的重要手段。通过示功图，可以掌握油井工作制度是否合
理，找出影响泵效或不出液的原因，如果把示功图和液面等资料结合
起来分析，还可以了解油层的供液能力，及时调整单井配产、配注计
划。选择合理的采油工作制度和检、修泵措施，为油井提高泵效、合
理开发、高效管理提供可靠依据。 １功图测试仪的原理
有杆抽油系统计算机诊断技术的基本原理是把抽油杆柱看作井下
动态信号的传导线，抽油泵作为发送器，泵的工作状况（柱塞上的载
荷变化）以应力波的形式沿抽油杆柱传递到地面（即抽杆的负荷），
被作为接受器的动力仪所接收，可得到所需要的抽油杆各截面及泵的
示功图，根据此图可对整个油井生产系统的工作状况做分析判断。
１．１静载荷作用下的理论示功图
以悬点位移为横坐标，悬点载荷为纵坐标，理论功图为平行四边 形。曲线所圈闭面积的大小表示泵做功的多少。ＡＢＣ为上冲程的静载
荷变化线，此过程游动凡尔一直关闭为载荷转移增载线，部分载荷由
油管转移至抽杆，此时固定凡尔也处于关闭状态，到达Ｂ点，抽杆、 油管的伸缩变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，泵内的液体被
排出，为抽油泵做功过程，同时固定凡尔打开，底部的进人泵筒并充
满活塞所让出的空间。ＣＤＡ此段为最大载荷线为下冲程静载荷变化线， 此过程固定凡尔一直关闭为载荷转移卸载线，部分载荷由抽杆转移至
油管。此时，游动凡尔也处于关闭状态，到达Ｄ点，抽杆、油管的伸 缩变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，游动凡尔打开，接受液
体为再次排液做准备。此段为最小载荷线。
１．２惯性和振动载荷作用下的理论示功图
（1）
图1为其它因素影响不大，深井泵工作正常时测得的示功图。这类图形共同特点是和理论示功图的差异不大，均为一近似的平行四边形。
（2）
图2为供液不足的典型示功图。理论根据：活塞下行时，由于泵内没有完全充满，游动凡尔打不开，当活塞下行撞击到液面游动凡尔才打开，光杆突然卸载。该图的增载线和卸载线相互平行。
（3）
图3为供液极差的典型示功图。理论根据：活塞行至接近下死点时，才能接触到液面，使光杆卸载，但由于活塞刚接触到液面，上冲程又开始，液体来不及进入活塞以上，所以泵效极低。 （4）
图4为气体影响的典型示功图。理论根据：在活塞上行时，泵内压力降低，溶解气从石油中分离出来，由于气体膨胀，给活塞一个推动力，使增载过程变缓。当活塞下行时，活塞压缩泵内气体，使泵内压力逐渐增大，直到被压缩的气体压力大于活塞以上液柱压力时，游动凡尔才能打开。因此，光杆卸载较正常卸载缓慢。卸载线成为一条弯曲的弧线。
（5）
图4为“气锁”的典型示功图。所谓“气锁”是指大量气体进入泵内后，引起游动凡尔、固定凡尔均失效，活塞只是上下往复压缩气体，泵不排液。
（6）
