示功圖分析講解

1、示功圖分析講解示功圖分析講解第1頁第一節(jié) 示功圖測錄示功圖：氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力隨氣缸容積或曲軸轉(zhuǎn)角改變圖形。示功圖面積代表柴油機(jī)氣缸內(nèi)一個工作循環(huán)所作指示。示功圖功用：（1）研究氣缸內(nèi)工作過程主要依據(jù)：燃燒過程、燃燒放熱率、氣體與缸壁傳熱過程、進(jìn)排氣過程等。（2）計(jì)算柴油機(jī)指示功率、負(fù)荷調(diào)整和分析、確定最高暴發(fā)壓力和壓縮壓力，計(jì)算缸內(nèi)溫度等依據(jù)。示功圖分析講解第2頁示功器：測取示功圖儀器。依據(jù)其工作原理不一樣，可分為機(jī)械式、氣電式和電子式（電阻應(yīng)變式、壓電式）。示功圖分析講解第3頁一、機(jī)械示功器1、結(jié)構(gòu)與工作原理組成及作用：壓力感受機(jī)構(gòu)：小活塞及活塞桿、示功彈簧；感受氣缸氣體力改變并以位移輸出。轉(zhuǎn)

2、筒機(jī)構(gòu)：繩索、轉(zhuǎn)筒；反應(yīng)氣缸內(nèi)活塞位移。統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)：杠桿、統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)；平行放大小活塞位移并統(tǒng)計(jì)在示功紙上。示功圖分析講解第4頁示功彈簧：螺旋彈簧式、柱形彈簧式（中速機(jī)）。工作原理：機(jī)械位移方法測量缸內(nèi)壓力及活塞位移，繪出氣缸內(nèi)壓力隨活塞位移改變圖形，即p-V示功圖。示功圖分析講解第5頁2、小活塞和彈簧選擇1）小活塞：三套活塞（連同對應(yīng)小氣缸）及一套剛度不一樣示功彈簧?；钊麡?biāo)號：11（標(biāo)準(zhǔn)活塞直徑為20.27mm）；12（其面積為11活塞12，活塞直徑為14. 35mm）；15（其面積為11活塞15，活塞直徑為9.06mm）。 示功圖分析講解第6頁2）示功彈簧：用彈簧百分比M標(biāo)識多根彈簧彈簧百分比M

3、：表示缸內(nèi)壓力每改變1MPa時彈簧變形量（mm），單位為mmMPa。彈簧百分比M選擇：依據(jù)小活塞標(biāo)號和柴油機(jī)缸內(nèi)最高暴發(fā)壓力pz，使所測取示功圖靠近示功圖紙高度最大高度。示功紙規(guī)格：高度50mm/60mm如測p-V示功圖可選取1/5小活塞，并依據(jù)缸內(nèi)最高暴發(fā)壓力pz=8.0MPa，可選取M=6mmMPa示功彈簧。示功圖分析講解第7頁彈簧百分比與最高暴發(fā)壓力關(guān)系（1/5活塞）：M（mm/Mpa） 12 10 8 7 6 5 4 3Pz（Mpa） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 10 12.5 15.0（1）彈簧百分比越小，標(biāo)準(zhǔn)小活塞直徑越小，最高暴發(fā)壓力越高，所用彈簧越硬；（2）測P-V

4、示功圖和暴發(fā)壓力時，用1/5小活塞、硬彈簧及低彈簧百分比；（3）測弱彈簧示功圖和換氣壓力時，用1/1小活塞、軟彈簧及高彈簧百分比；（4）當(dāng)彈簧不變時，將1/1標(biāo)準(zhǔn)小活塞換為1/5標(biāo)準(zhǔn)小活塞時，意味著由測低換氣壓力改為測高暴發(fā)壓力，彈簧百分比應(yīng)小、減小為原來1/5。示功圖分析講解第8頁3、傳動機(jī)構(gòu)作用：把活塞運(yùn)動規(guī)律按百分比傳給示功器轉(zhuǎn)筒機(jī)構(gòu)。兩個基礎(chǔ)要求：（1）使活塞行程縮小百分比要與轉(zhuǎn)筒周長相適應(yīng)；（2）轉(zhuǎn)筒運(yùn)動規(guī)律與活塞運(yùn)動規(guī)律同時。傳動機(jī)構(gòu)類型：（1）曲柄式（2）凸輪式（3）杠桿式 示功圖分析講解第9頁1）曲柄式傳動機(jī)構(gòu)小曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律與柴油機(jī)活塞運(yùn)動規(guī)律同時條件：小曲柄半徑r與連

5、桿3長度l之比： r/l=R/L（R柴油機(jī)曲柄半徑，L柴油機(jī)連桿長度）。示功圖分析講解第10頁2）凸輪式傳動機(jī)構(gòu)：示功凸輪裝在凸輪軸上，示功凸輪外形是按柴油機(jī)活塞運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)并按一定位置安裝在凸輪軸上，其高度、最低位置也與活塞上、下止點(diǎn)對應(yīng)。當(dāng)測量完成時，可用插銷經(jīng)過銷孔5和6把導(dǎo)桿3提起使之脫離凸輪軸控制。3）杠桿式傳動機(jī)構(gòu)采取一套杠桿機(jī)構(gòu)鉸接在活塞或十字頭上，按百分比反應(yīng)活塞運(yùn)動規(guī)律。因鉸接點(diǎn)易磨損造成失真，極少使用。示功圖分析講解第11頁 4、機(jī)械示功器主要優(yōu)缺點(diǎn)及主要優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠而廣泛地作為低速柴油機(jī)隨機(jī)供給儀表，供監(jiān)控柴油機(jī)使用。主要缺點(diǎn)： 各感應(yīng)元件均由彈簧

6、系統(tǒng)組成，必須含有一定質(zhì)量（因強(qiáng)度要求），運(yùn)動慣性力較大，而其彈簧剛度不能太大（靈敏度要求），致使它自振頻率較低，不適合用于高、中速機(jī)使用。使用范圍：400rpm以下低速機(jī)（螺旋彈簧）和個別中速機(jī)（柱形彈簧）。適用范圍示功圖分析講解第12頁5、示功圖測取方法及注意事項(xiàng)（1）使用前示功器檢驗(yàn)清潔潤滑；（2）柴油機(jī)負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定，即各運(yùn)行參數(shù)正常并保持穩(wěn)定；（3）選擇氣象和海況條件適宜； （4）示功器安裝前開一下示功閥，吹凈通路中雜質(zhì)等；（5）示功器安裝后應(yīng)先在轉(zhuǎn)筒統(tǒng)計(jì)紙上畫出大氣壓線；（6）測量時輕按畫筆尖以防劃破統(tǒng)計(jì)紙；（7）測取滿意示功圖后應(yīng)標(biāo)明缸號、日期、排溫、噴油泵齒條格數(shù)、彈簧百分比、轉(zhuǎn)速

7、等參數(shù)；氣候、風(fēng)力、風(fēng)向、時尚、吃水、船速（8）為確保準(zhǔn)確，最好每缸測取2個示功圖。每測取56個示功圖后應(yīng)拆下示功器使之冷卻。示功器使用完成應(yīng)進(jìn)行徹底清潔保養(yǎng)。 示功圖分析講解第13頁二、電子式示功器組成：傳感器、測量電路、統(tǒng)計(jì)顯示裝置。工作原理：經(jīng)過傳感器把氣缸內(nèi)氣體壓力、曲軸轉(zhuǎn)角等非電量按一定百分比轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電量輸出，經(jīng)放大器等中間步驟輸送到統(tǒng)計(jì)顯示裝置進(jìn)行顯示或打印，測取p-示功圖。分類：壓力傳感器：電阻應(yīng)變式、壓電石英式、電容式、電感式。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器：磁電式、光電式。 1、電阻應(yīng)變式示功裝置1）工作原理：利用電阻應(yīng)變式壓力傳感器把被測壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值，經(jīng)過應(yīng)變儀把電阻值改變轉(zhuǎn)換

8、并放大成所需電壓或電流信號送往顯示統(tǒng)計(jì)裝置。 電阻應(yīng)變式壓力傳感器 應(yīng)變儀 顯示統(tǒng)計(jì)裝置。示功圖分析講解第14頁2）結(jié)構(gòu) ：應(yīng)變片7粘貼在應(yīng)變筒4外壁，應(yīng)變筒由薄壁（0.20.3mm）合金鋼制成，下端焊有很薄懸鏈薄膜5。此薄膜既薄又柔軟，只傳遞壓力而不產(chǎn)生彈力。丁烯橡膠套管6確保應(yīng)變片良好絕緣，同時也起到阻尼作用，消減應(yīng)變筒高頻振動。調(diào)整墊片3可確保安裝時應(yīng)變筒有適當(dāng)預(yù)緊力。應(yīng)變筒軸向壓縮應(yīng)變和橫向拉伸應(yīng)變組成電橋兩臂，兩個應(yīng)變片組成測量臂并起溫度賠償作用，使測量精度提升。 示功圖分析講解第15頁2、壓電石英式示功裝置1）組成：壓電式壓力傳感器、前置放大器和示波器。2）工作原理壓電式壓力傳感器

9、 前置放大器 示波器3）前置放大器作用：放大壓電傳感器微弱信號并將傳感器高阻抗輸入變?yōu)榈妥杩馆敵?。它絕緣性能對測量精度影響極大，通常多采取電荷放大器。示功圖分析講解第16頁4）壓電石英傳感器依據(jù)石英晶體壓電效應(yīng)制成。壓電效應(yīng)是指一些晶體在沿其某個結(jié)晶軸方向受到外力作用時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象：在其表面上有電荷集結(jié)，且此電荷大小與外力成正比，當(dāng)外力消失，晶體又恢復(fù)至不帶電狀態(tài)。含有壓電效應(yīng)晶體稱壓電晶體。示功圖分析講解第17頁5）結(jié)構(gòu)缸內(nèi)氣體壓力經(jīng)膜片4傳遞給套筒7和石英晶體3（二片），晶體受壓時產(chǎn)生負(fù)電荷由電荷引出片6聚集并經(jīng)導(dǎo)線5引出。為降低溫度改變對傳感器工作不利影響，普通需對傳感器采取強(qiáng)

10、制水冷卻。一些新型傳感器工作時可不需冷卻。 示功圖分析講解第18頁 3、電子示功裝置標(biāo)定 上止點(diǎn)位置確實(shí)定和對壓力傳感器定時標(biāo)定。電子示功裝置標(biāo)定包含壓力值標(biāo)定和曲軸轉(zhuǎn)角（時間坐標(biāo)）標(biāo)定等。 1）壓力值標(biāo)定（1）靜態(tài)標(biāo)定：指向測量系統(tǒng)輸入穩(wěn)定標(biāo)定壓力信號，經(jīng)過調(diào)整電荷放大器或者應(yīng)變儀線性度，使其輸出壓力信號誤差滿足精度要求。（2）動態(tài)標(biāo)定：對傳感器輸入已知頻率及幅值壓力信號或者經(jīng)過激波管產(chǎn)生一階躍壓力，統(tǒng)計(jì)它輸出或者依據(jù)它輸出曲線求出頻率響應(yīng)特征，方便在使用時依據(jù)它輸出響應(yīng)得到準(zhǔn)確輸入壓力信號。（3）隨機(jī)標(biāo)定：在測量過程中，對一整套動態(tài)壓力測量裝置進(jìn)行標(biāo)定。示功圖分析講解第19頁2）曲軸轉(zhuǎn)角標(biāo)

11、定：指給出含有一定精度上止點(diǎn)記號和已知頻率時間座標(biāo)標(biāo)識或曲軸轉(zhuǎn)角標(biāo)識。理論與實(shí)踐指出，上止點(diǎn)標(biāo)識顯著影響示功圖計(jì)算準(zhǔn)確度。若上止點(diǎn)有1CA誤差，則示功圖計(jì)算有5.5誤差，因而要求上止點(diǎn)標(biāo)識誤差滿足0.20.5CA要求。上止點(diǎn)確實(shí)定對于運(yùn)轉(zhuǎn)多缸柴油機(jī)，普通經(jīng)過暫時單缸停油法測錄。4電子示功裝置優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍（1）固有頻率高，即含有良好高頻特征，與適當(dāng)測試步驟匹配可取得良好頻響特征，所以它頻率特征寬，適合于低、中、高速柴油機(jī)使用，測量誤差小于1。示功圖分析講解第20頁（2）靈敏度高、線性好，但它易受外界干擾影響，如電源壓力波動、電磁場干擾以及環(huán)境溫度改變等均影響其工作穩(wěn)定性。因而它對測量電路要求

12、較高，需設(shè)賠償裝置。（3）它與計(jì)算機(jī)組成一套完整多參數(shù)綜合測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)遠(yuǎn)距離監(jiān)測、數(shù)字顯示及自動控制，完成對柴油機(jī)診療、趨向預(yù)報(bào)等監(jiān)控技術(shù)。三、示功圖種類與用途 機(jī)械示功器可測取p-V示功圖、p-V轉(zhuǎn)角示功圖、弱彈簧示功圖、純壓縮圖、手拉展開圖及梳形圖等； 氣電示功器及電子示功器可測取p-示功圖。示功圖分析講解第21頁1、p-V示功圖1）形狀：a）和b）分別為四沖程柴油機(jī)與二沖程柴油機(jī)p-V示功圖。主要區(qū)分：尾部形狀不一樣。2）功用：計(jì)算指示功率、調(diào)整各缸負(fù)荷均勻性、量取最高暴發(fā)壓力、判斷各缸燃燒情況以及計(jì)算缸內(nèi)瞬時溫度等。既能定量也能定性分析工作工作。 示功圖分析講解第22頁2、

13、p-V轉(zhuǎn)角示功圖傳動機(jī)構(gòu)小曲柄超前所測氣缸曲柄82。利用小活塞最大運(yùn)動速度帶動轉(zhuǎn)筒快速轉(zhuǎn)動，以統(tǒng)計(jì)氣缸內(nèi)上止點(diǎn)附近壓力改變，即將上止點(diǎn)附近缸內(nèi)壓力，曲線橫坐標(biāo)放寬。功用：定性分析研究缸內(nèi)燃燒過程。但圖形已失去示功圖原形。示功圖分析講解第23頁3、手拉展開示功圖在不能測取p-V轉(zhuǎn)角示功圖柴油機(jī)上，為了能研究缸內(nèi)燃燒過程情況。如發(fā)怒時刻等，可測取手拉展開圖。此時轉(zhuǎn)筒機(jī)構(gòu)繩索用手工快速拉動。示功圖分析講解第24頁4、梳形圖 如需較準(zhǔn)確測取缸內(nèi)最高暴發(fā)壓力（pz）和壓縮壓力（pc）可測取梳形圖。此時可慢慢拉動示功器轉(zhuǎn)筒繩索，測出多條pz線和pc線（單缸停油）。示功圖分析講解第25頁5、弱彈簧示功圖研究

14、和檢驗(yàn)換氣過程情況，則應(yīng)測取弱彈簧示功圖。示功器應(yīng)換用11標(biāo)準(zhǔn)活塞和軟彈簧。示功圖分析講解第26頁6、p-示功圖（用電子示功器測?。┕τ茫河?jì)算指示功率，評定燃燒與換氣過程，測量最高暴發(fā)壓力pz和壓縮壓力pc、計(jì)算放熱率、測定發(fā)怒角等。示功圖分析講解第27頁第二節(jié) 示功圖分析與計(jì)算示功圖分析就是把所測示功圖與正常示功圖進(jìn)行比較，判斷柴油機(jī)工作過程優(yōu)劣并進(jìn)行必要調(diào)整。示功圖分析講解第28頁一、正常示功圖特征（船舶試航匯報(bào)提供）（1）工作過程曲線圓滑，曲線過渡處無銳角或突變形狀；（2）工作過程各主要特征值，如最高暴發(fā)壓力pz、壓縮壓力pc等符合試航匯報(bào)要求值；（3）工作過程曲線無異常波動現(xiàn)象；（4）

15、示功圖尾部形狀應(yīng)符合不一樣掃氣形式正常軌跡。 示功圖分析講解第29頁若發(fā)覺示功圖上一些熱力參數(shù)不正常，必須查明原因，依聽說明書上要求進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整之后，各缸相關(guān)熱力參數(shù)不均勻度應(yīng)滿足以下要求： 工作參數(shù) 不均勻度（） 壓縮壓力pc 5 最高燃燒壓力pz 5 平均指示壓力pi 5排氣溫度Tr 5（中、高速增壓機(jī)為8）不均勻度= 最大（最?。┲?- 各缸平均值 100 各缸平均值示功圖分析講解第30頁二、示功器傳動機(jī)構(gòu)不正常引發(fā)畸形示功圖1）示功器傳動機(jī)構(gòu)超前特征：壓縮線降低、膨脹線升高，示功圖變胖。示功圖分析講解第31頁2、示功器傳動機(jī)構(gòu)定時滯后特征：壓縮線升高、膨脹線降低，示功圖變瘦。示功圖

16、分析講解第32頁實(shí)踐表明，傳動機(jī)構(gòu)超前或滯后對示功圖形狀影響極大。普通每相差1CA，則平均指示壓力pi相差5.5。示功圖分析講解第33頁純壓縮圖：判斷畸形圖形是否因傳動機(jī)構(gòu)不正常所引發(fā)。 壓縮線與膨脹線基礎(chǔ)重合，則表示傳動機(jī)構(gòu)與柴油機(jī)活塞位移同時。若膨脹線在上壓縮線在下，則為傳動機(jī)構(gòu)超前。若膨脹線在下壓縮線在上，則為傳動機(jī)構(gòu)滯后。示功圖分析講解第34頁三、示功器故障引發(fā)畸形示功圖1、示功器轉(zhuǎn)筒繩索太長或太短示功器傳動方向：膨脹行程使轉(zhuǎn)筒彈簧拉緊，而在壓縮行程時使轉(zhuǎn)筒彈簧放松，繩索太長：切頭，繩索太短：切尾，示功圖長度變短。嚴(yán)重時將繩索拉斷或?qū)⑥D(zhuǎn)筒拉壞。示功圖分析講解第35頁2、示功圖變長:（1

17、）轉(zhuǎn)筒彈簧太軟（2）轉(zhuǎn)筒慣性作用（3）示功器機(jī)構(gòu)中間隙太大等。示功圖分析講解第36頁3、示功器小活塞卡緊:原因：當(dāng)示功器氣缸潤滑不良或有結(jié)炭時，小活塞輕易產(chǎn)生卡緊現(xiàn)象，使小活塞運(yùn)動阻力增加。特征：（1）壓縮線低于正常值且出現(xiàn)波動；（2）膨脹線高于正常值且波動；（3）Pz降低。所測手拉圖也有類似波動現(xiàn)象。示功圖分析講解第37頁四、氣缸內(nèi)工作過程不正常引發(fā)畸形示功圖 1、燃燒太早畸形示功圖1）特征：（1）圖形高度即最高暴發(fā)壓力pz增大，壓力上升曲線陡削，示功圖頭部尖瘦；（2）燃燒曲線過早脫離壓縮曲線，著火點(diǎn)提前；（3）膨脹曲線降低；（4）排氣溫度降低。示功圖分析講解第38頁2）造成燃燒太早原因：（

18、1）噴油正時提前；（2）噴油器啟閥壓力降低；（3）調(diào)壓彈簧斷裂；（4）改用優(yōu)質(zhì)燃油而未減小噴油提前角等。3）危害：燃燒太早將增加柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷，嚴(yán)重情況下將會引發(fā)燃燒（熱）敲缸現(xiàn)象，影響柴油機(jī)工作可靠性。示功圖分析講解第39頁2、燃燒太晚畸形示功圖1）特征：（1）最高暴發(fā)壓力pz顯著降低即圖形高度下降；（2）示功圖頭部圓滑，著火點(diǎn)顯著后移，表示燃燒后移；（3）膨脹線升高；（4）排氣溫度升高。示功圖分析講解第40頁2）造成燃燒太晚原因（1）噴油正時滯后；（2）噴油器啟閥壓力過高；（3）改用劣質(zhì)燃油而未調(diào)大噴油提前角；（4）噴油器或噴油泵漏油；（5）噴油器縫隙式濾器堵塞等。示功圖分析講解第41頁3

19、、噴油器漏油時示功圖（發(fā)怒點(diǎn)基礎(chǔ)不變）1）危害：如噴油器閥座漏油時，燃油霧化不良，油氣混合不佳，造成燃燒延后，排氣溫度升高。2）特征：最高暴發(fā)壓力下降并重復(fù)上升屢次，膨脹線高，且呈鋸齒形，鋸齒向上，示功圖面積減小。示功圖分析講解第42頁3）區(qū)分：示功器小活塞卡滯：膨脹線不規(guī)則下降并呈階梯形波動，示功圖面積增大。噴油器漏油：膨脹線高，且呈鋸齒形，鋸齒向上，示功圖面積減小。示功圖分析講解第43頁4、噴油泵漏油時示功圖如柱塞過分磨損漏油時，首先泵壓下降，使噴油延后造成后燃，排氣溫度升高；另首先噴油量降低，功率顯著下降，排氣溫度降低，后者影響大。與燃燒太晚區(qū)分：膨脹線下降。示功圖分析講解第44頁5、噴

20、油器噴孔個別堵塞畸形示功圖1）危害：噴孔流通面積減小、流阻增大、單位時間噴油量降低，噴油時間延長，出現(xiàn)后燃。2）與燃燒太晚不一樣點(diǎn)：（1）著火點(diǎn)基礎(chǔ)不變（噴油正時不變）主要依據(jù)（2）頭部和膨脹線中通常會出現(xiàn)壓力波動，Pz降低，膨脹線升高，（噴油壓力升高，波動加劇，甚至發(fā)生重復(fù)噴射）。示功圖分析講解第45頁3）征兆：可感覺出噴油泵泵油時有顯著沖擊、振動，高壓油管脈動過強(qiáng)并伴有發(fā)燒等現(xiàn)象。 示功圖分析講解第46頁6、缸內(nèi)空氣不足畸形示功圖1）特征（1）最高暴發(fā)壓力pz與壓縮壓力pc均降低；（2）膨脹線與壓縮線均降低并可能出現(xiàn)波動（因燃油霧化、混合、燃燒變差）；（3）示功圖面積減小，指示功降低，但排

21、氣溫度升高。 示功圖分析講解第47頁2）原因：（1）氣缸漏氣（如活塞環(huán)漏氣、排氣閥漏氣）；（2）掃氣空氣供給不足（如氣口堵塞、增壓器進(jìn)氣濾器堵塞、空冷器堵塞、增壓器污堵等）；（3）排氣系統(tǒng)受阻；（4）環(huán)境狀態(tài)改變等。 示功圖分析講解第48頁五、P-V示功圖計(jì)算及多缸柴油機(jī)功率計(jì)算1、平均指示壓力pi計(jì)算方法1）面積法：（1）hi=f/L（mm）；（2）pi=hi/M（Mpa）2）十等分法：（1）hi=1/10（y0+y10）/2+y1+y2+y9）（2）pi=hi/M示功圖分析講解第49頁某六缸柴油機(jī)在標(biāo)定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時測得表列各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，試問該機(jī)能否滿足安全運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)要求，若不滿足應(yīng)進(jìn)行哪些正確調(diào)整？缸 號： 1 2 3 4 5 6Pz（MPa）： 8.2 7.6 8.1 8.5 7.6 8.45Pi（x10*5Pa)： 1.25 1.15 1.23 1.22 1.21 1.30Tr（C）： 385 360 390 370 400 405Pz平=