第六章主要工作指标及示功图

1、. 示功图示功图Indicator card测取测取.示功图的测取示功图的测取一、测取示功图的目的一、测取示功图的目的二、机械示功器的结构和测图原理二、机械示功器的结构和测图原理三、电子示功器三、电子示功器四、示功图的种类和测取四、示功图的种类和测取.一、测取示功图的目的一、测取示功图的目的示功图和示功图面积的含义示功图和示功图面积的含义测取示功图的目的测取示功图的目的.示功图和示功图面积的含义示功图和示功图面积的含义n示功图：是气缸工质压力随气缸容积或示功图：是气缸工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。曲轴转角变化的图形。n用专门的测量仪器用专门的测量仪器示功器测量（示功示功器测量（示功器

2、：测取气缸示功图的仪器）器：测取气缸示功图的仪器）n由工程力学知，示功图的面积大小代表由工程力学知，示功图的面积大小代表了柴油机气缸内一个工作循环的指示功了柴油机气缸内一个工作循环的指示功的大小。的大小。.测取示功图的目的测取示功图的目的n是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要依据（据此调整柴油机，来提高其经济性、动依据（据此调整柴油机，来提高其经济性、动力性、可靠性）：力性、可靠性）：n研究缸内燃烧过程和放热规律；研究缸内燃烧过程和放热规律；n计算缸内温度；计算缸内温度；n评估扫气过程；评估扫气过程；n确定最大爆发压力和压缩压力；确定最大爆发压力和压

3、缩压力；n计算柴油机指示功率；计算柴油机指示功率；n可作为柴油机动力计算和强度计算的资料；可作为柴油机动力计算和强度计算的资料；.二、机械示功器的结构和测图原理二、机械示功器的结构和测图原理根据其工作原理不同，示功器可分为三类：根据其工作原理不同，示功器可分为三类：机械示功器：机械示功器：螺旋弹（卷）簧式螺旋弹（卷）簧式适用于低速机、（等强适用于低速机、（等强度）柱簧式度）柱簧式适用于中速机适用于中速机 气电示功器气电示功器电子示功器：电子示功器：电阻应变式、压电式、电容式、电感式示电阻应变式、压电式、电容式、电感式示功装置功装置机械示功器的测图原理：机械示功器的测图原理：利用机械位移方法测量

4、缸内压力和活塞位移利用机械位移方法测量缸内压力和活塞位移A A 压力压力感受感受机构机构B B 转筒转筒机构机构C C 记录记录机构机构1. 结构和工作原理结构和工作原理.A为压力感受部分：为压力感受部分：感受部分：接受和反映气缸内气体压力变感受部分：接受和反映气缸内气体压力变化情况化情况压力感受机构包括小活塞压力感受机构包括小活塞5、活塞杆、活塞杆4及示及示功弹簧功弹簧1等，用来感受缸内压力变化并以示等，用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出功小活塞位移输出.转筒机构：转筒机构：n包括绳索包括绳索9、转筒、转筒8，用来反映柴油机活，用来反映柴油机活塞位移塞位移.记录机构：记录机构：n包括

5、杠杆包括杠杆3和画笔机构和画笔机构2，具有平行放大，具有平行放大作用，画笔的自由端装有笔尖作用，画笔的自由端装有笔尖MARKIndicator 当测量示功图时，转筒当测量示功图时，转筒8 8上夹有示功纸并通过绳索上夹有示功纸并通过绳索9 9由由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动，绕柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动，绕其自身轴左右偏转，其偏转角位移量正比于柴油机活塞位其自身轴左右偏转，其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移，移，即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，反映柴油机活塞的行程。反映柴油机活塞的行程。示功器小

6、活塞示功器小活塞5 5在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移动，并被弹簧力所平衡。小活塞的运动通过活塞杆带动记动，并被弹簧力所平衡。小活塞的运动通过活塞杆带动记录机构的传动杆和画笔运动，由记录机构反映其位移量，录机构的传动杆和画笔运动，由记录机构反映其位移量，即按一定比例反映柴油机气缸内变化着的气体压力。即按一定比例反映柴油机气缸内变化着的气体压力。由于示功器中小活塞的上下移动与柴油机气缸中的气体由于示功器中小活塞的上下移动与柴油机气缸中的气体压力的变化成比例，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成压力的变化成比例，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成比例变化，所以记录

7、笔尖在转筒记录纸上可以给出气缸内比例变化，所以记录笔尖在转筒记录纸上可以给出气缸内气体压力随活塞位移变化的图形，即压力气体压力随活塞位移变化的图形，即压力-容积示功图容积示功图（-V-V示功图）示功图）. 2、示功器小活塞和弹簧的选择、示功器小活塞和弹簧的选择n 为了使机械示功器能在较广泛的压力范为了使机械示功器能在较广泛的压力范围内使用，一般备有围内使用，一般备有三套活塞三套活塞和和一套不一套不同刚度的弹簧同刚度的弹簧。n可根据柴油机的最高爆发压力可根据柴油机的最高爆发压力p pz z值进行选值进行选择，以便获得合适的示功图。择，以便获得合适的示功图。为了便于识别，分别在示功气缸凸缘上用钢印

8、注明为了便于识别，分别在示功气缸凸缘上用钢印注明1/11/1、1/21/2、 1/51/5字样。字样。在测在测p p-V-V示功图时均采用示功图时均采用1/51/5小活塞，当测取反映小活塞，当测取反映进、排过程进、排过程的弱弹簧示功图时刚采用的弱弹簧示功图时刚采用1/11/1小活塞。小活塞。标号标号名称名称直径直径面积面积1/11/11/11/1标准小活塞标准小活塞20.27mm20.27mm322.535mm21/21/21/21/2标准小活塞标准小活塞14.35mm14.35mm为为1/11/1活塞的活塞的 1/21/21/51/51/51/5标准小活塞标准小活塞9.06mm9.06mm为

9、为1/11/1活塞的活塞的1/51/5n示功弹簧用弹簧比例示功弹簧用弹簧比例M M标记。示功弹簧的弹簧比标记。示功弹簧的弹簧比例单位为例单位为mm/MPamm/MPa，它表示缸内压力每变化，它表示缸内压力每变化lMPalMPa时弹簧的变形量时弹簧的变形量(mm)(mm)，弹簧比例越小，弹簧越，弹簧比例越小，弹簧越硬。硬。n弹簧比例的选择应弹簧比例的选择应根据所选定的根据所选定的小活塞标号小活塞标号和和柴油机气缸内的最高爆发压力柴油机气缸内的最高爆发压力p pz z大小大小来选择来选择n通常，通常，示功弹簧上所标弹簧比例示功弹簧上所标弹簧比例M M 乃对乃对1/11/1标标准活塞而言准活塞而言，

10、如该弹簧用于，如该弹簧用于1/51/5小活塞，因其面小活塞，因其面积减小积减小5 5倍，其所受总压力降低倍，其所受总压力降低5 5倍，使其弹簧倍，使其弹簧变形也减小变形也减小5 5倍。故其相应的弹簧比例变为倍。故其相应的弹簧比例变为M=M/5M=M/5。选择弹簧时应注意使示功图具有合适的高度，就是使选择弹簧时应注意使示功图具有合适的高度，就是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度（测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度（h hmaxmax= =p pz zM M，图纸高一般为图纸高一般为50mm50mm），），或使示功弹簧的允许最高压力稍高于缸内的最高爆发或使示功弹簧的允许最高压力稍

11、高于缸内的最高爆发压力，以保证示功图的精确度。压力，以保证示功图的精确度。通常测取通常测取p p-V-V示功图时弹簧比例与爆压的关系：示功图时弹簧比例与爆压的关系：弹簧比例弹簧比例M（mmMPa）876543最高爆发压最高爆发压力力pz（MPa）6.07.08.010.012.515.0一般测缸内爆压的一般测缸内爆压的p p-V-V示功图，用硬弹簧（低弹簧比例）、示功图，用硬弹簧（低弹簧比例）、1 15 5小活塞；小活塞；测取换气过程的弱弹簧示功图时用软弹簧（高弹簧比例）测取换气过程的弱弹簧示功图时用软弹簧（高弹簧比例）、1 11 1小活塞。小活塞。. 3.示功器传动机构示功器传动机构n作用：

12、作用：n正确反映柴油机活塞的运动规律正确反映柴油机活塞的运动规律n将活塞的行程按比例地缩小传给示功器转筒机构将活塞的行程按比例地缩小传给示功器转筒机构n要求要求: (1)柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应，且略小于柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应，且略小于转筒周长。转筒周长。 (2)转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确反转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确反映柴油机活塞运动规律。映柴油机活塞运动规律。 n类型：类型：n曲柄式曲柄式、杠杆式杠杆式、凸轮式凸轮式 三种传动机构三种传动机构（用于大型低（用于大型低速柴油机）速柴油机）.4.

13、机械示功器的优缺点和适用范围机械示功器的优缺点和适用范围n固有缺陷：固有缺陷：n因强度要求因强度要求感受缸内压力和反映活塞位移部感受缸内压力和反映活塞位移部分具有一定的质量；分具有一定的质量；n因灵敏度要求因灵敏度要求弹簧刚度不能太大，自振频率弹簧刚度不能太大，自振频率很低，不适于高速柴油机，只适于低速机和很低，不适于高速柴油机，只适于低速机和部分中速机（低于部分中速机（低于400rmin）n适用范围：大型低速柴油机作随机测试仪适用范围：大型低速柴油机作随机测试仪表，供监控柴油机运转使用。表，供监控柴油机运转使用。.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n使用前应对示功器进行

14、检查和保养使用前应对示功器进行检查和保养n当示功器与传动机构之间的距离大于当示功器与传动机构之间的距离大于1.5m时，应选用钢丝时，应选用钢丝软绳；软绳；n使柴油机负荷稳定；使柴油机负荷稳定；n选择适宜的海况和气象条件；选择适宜的海况和气象条件；n示功器安装前，先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净；示功器安装前，先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净；n示功器安装后，先在记录纸上画出大气压力；示功器安装后，先在记录纸上画出大气压力；n测取满意后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、测取满意后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、弹簧比例；记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速等弹簧比例；

15、记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速等n每缸测取两个，测取每缸测取两个，测取56个示功图后应拆下示功器进行冷个示功图后应拆下示功器进行冷却。却。n测量完毕，对示功器进行彻底清洁和保养。测量完毕，对示功器进行彻底清洁和保养。.二、电子示功器二、电子示功器组成：组成：传感器传感器测量非电量并按一定比例转换成相测量非电量并按一定比例转换成相应的电量输出应的电量输出测量电路测量电路由压力传感器决定不同的测量电由压力传感器决定不同的测量电路路放大器放大器记录显示装置记录显示装置进行观察或打印。进行观察或打印。按压力传感器不同分类：按压力传感器不同分类：电阻应变式（压电式、电容式、电感式）示电阻应变式（

16、压电式、电容式、电感式）示功功装置装置.传感器传感器n测取缸内的气体压力测取缸内的气体压力传感器传感器：电阻应：电阻应变式或压电式变式或压电式n测取曲轴转角测取曲轴转角曲轴转角发生器曲轴转角发生器：磁电：磁电式或光电式式或光电式需装两个（其一定上止点，需装两个（其一定上止点，其二测量曲轴转角）其二测量曲轴转角）.1.电阻应变式示功装置电阻应变式示功装置n系统方框图系统方框图n电阻应变式压力传感器的结构电阻应变式压力传感器的结构电阻应变式电阻应变式压力传感器压力传感器应应变变仪仪显示显示记录记录装置装置被测压力信号被测压力信号 应变片的电阻值应变片的电阻值电阻值的变化电阻值的变化 放大成所需的电

17、放大成所需的电压或电流信号压或电流信号.2.压电式示功装置压电式示功装置n系统方框图系统方框图压电传感器压电传感器前置前置放大器放大器示示波波器器放大微弱信号放大微弱信号将传感器的高阻抗将传感器的高阻抗 低阻抗输出低阻抗输出.3.电子示功装置的标定电子示功装置的标定n为了得到满意的测量精度，应特别重视为了得到满意的测量精度，应特别重视上止点位置的确定和对压力传感器的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：期标定。电子示功装置的标定包括：n压力值标定压力值标定n曲轴转角曲轴转角(时间坐标时间坐标)标定标定.压力值标定分为：压力值标定分为：n静态标定：向测量系统静态标定

18、：向测量系统输入稳定的标定压力信输入稳定的标定压力信号号，通过调节电荷放大器或者应变仪的线性度，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。使其输出的压力信号误差满足精度要求。n动态标定：随机标定是对传感器动态标定：随机标定是对传感器输入已知频率输入已知频率及幅值的压力信号及幅值的压力信号或者通过激波管产生一阶跃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压力，记录它的输出或者根据它的输出曲线求出其频率响应特性，以便在使用时根据它的输出其频率响应特性，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。出响应得到准确的输入压力信号。n随机标定：

19、是在测量过程中，对一整套随机标定：是在测量过程中，对一整套动态动态压压力测量装置进行标定。力测量装置进行标定。.曲轴转角标定曲轴转角标定n是指给出是指给出具有一定精度的上止点记号具有一定精度的上止点记号和和已知频率的时标标记已知频率的时标标记或或曲轴转角标识曲轴转角标识。n理论与实践指出，上止点标记明显影响示功理论与实践指出，上止点标记明显影响示功图计算的准确度。若上止点有图计算的准确度。若上止点有lCA误差，误差，则示功图计算有则示功图计算有5.5%的误差，因而要求的误差，因而要求上止点标识误差满足上止点标识误差满足0.2CA0.5CA的的要求。要求。n对于运转的多缸柴油机确定上止点，一般通

20、对于运转的多缸柴油机确定上止点，一般通过暂时单缸停油法测录。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电子示功装置的优缺点及适用范围n突出优点是：突出优点是：n固有频率高，频率特性宽固有频率高，频率特性宽。适用于低、中、高速柴。适用于低、中、高速柴油机使用，测量误差小于油机使用，测量误差小于1%。n电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界干电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰影响。扰影响。n适用范围：适用范围：n电子示功装置既可测取单个循环示功图，又可测取电子示功装置既可测取单个循环示功图，又可测取多循环平均示功图。多循环平均示功图。n它与计算机组成一套完整的多参数

21、综合测量系统，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。制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。.固有频率高，频率特性宽固有频率高，频率特性宽n即具有良好的高频特性，如电阻应变式即具有良好的高频特性，如电阻应变式的固有频率可达数十千赫，的固有频率可达数十千赫，压电石英式压电石英式可高达数百千赫（频响特性最好）可高达数百千赫（频响特性最好）。n固有频率如此高的传感器与适当的测试固有频率如此高的传感器与适当的测试环节匹配可获得良好的频响特性。环节匹配可获得良好的

22、频响特性。.易受外界干扰影响易受外界干扰影响n对测量电路要求较高，需设补偿装置：对测量电路要求较高，需设补偿装置：如电源电压波动、电磁场干扰、环境温如电源电压波动、电磁场干扰、环境温度变化等均影响其工作稳定性度变化等均影响其工作稳定性.二、示功图的种类和用途二、示功图的种类和用途 p-V 示功图示功图 p-j j 展开示功图展开示功图 p-V 转角示功图转角示功图手拉展开示功图手拉展开示功图 纯压缩示功图纯压缩示功图 梳形示功图梳形示功图 弱弹簧示功图弱弹簧示功图小结小结n根据测量的不同目的和任务，用示功器根据测量的不同目的和任务，用示功器可测取完整的：可测取完整的：np-Vp-V示功图示功图

23、np-Vp-V转角示功图转角示功图n不发火的纯压缩示功图不发火的纯压缩示功图n梳形示功图梳形示功图n弱弹簧示功图弱弹簧示功图1)1)p-p-j j展开示功图展开示功图 可用电子示功器测取可用电子示功器测取可用机械示可用机械示功器测取功器测取.p-Vp-V示功图示功图np p- -V V 图图n用来计算柴油机平均指示压力、指示功率；用来计算柴油机平均指示压力、指示功率；n调整各缸负荷的均匀性；调整各缸负荷的均匀性；n量取最高燃烧压力；量取最高燃烧压力；n判断各缸燃烧情况等。判断各缸燃烧情况等。.p-p-j j展开示功图展开示功图p-p-j j 图图由气电示功器和电子示功器测得由气电示功器和电子示

24、功器测得用于：用于：计算柴油机的指示功率计算柴油机的指示功率评估燃烧和与扫气过程评估燃烧和与扫气过程经过适当计算、整理可算得滞燃期长短经过适当计算、整理可算得滞燃期长短压力升高率压力升高率燃烧放热规律燃烧放热规律测定发火角测定发火角测取测取p pz z和和p pC C.p-V 转角示功图转角示功图p-V 转角示功图转角示功图调整曲柄式传动机构中的小曲柄使其调整曲柄式传动机构中的小曲柄使其超前所测气缸的超前所测气缸的曲柄曲柄82左右左右，在此情况下可测得，在此情况下可测得p-V 转角示功图。转角示功图。此时，传动机构小活塞的运动速度较大，则可用较快此时，传动机构小活塞的运动速度较大，则可用较快的

25、小活塞运动速度反映较快的压力变化，从而将上死的小活塞运动速度反映较快的压力变化，从而将上死点附近的燃烧曲线在横坐标方向放宽，点附近的燃烧曲线在横坐标方向放宽，以利于分析研以利于分析研究柴油机燃烧过程的情况究柴油机燃烧过程的情况。示功图已经失去原形，不能用于计算柴油机功率，只示功图已经失去原形，不能用于计算柴油机功率，只能用来分析燃烧过程的进行情况能用来分析燃烧过程的进行情况在杠杆式和凸轮式传动机构上较难画出转角示功图。在杠杆式和凸轮式传动机构上较难画出转角示功图。.手拉展开示功图手拉展开示功图n用于不能测取转角示功图的柴油机上，用于不能测取转角示功图的柴油机上，为为研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚n配合配合p-V示功图研究燃烧过程示功图研究燃烧过程n手拉展开示功图手拉展开示功图.纯压缩示功图纯压缩示功图n纯压缩示功图纯压缩示功图n这种示功图是在这种示功图是在停油状态下测取停油状态下测取，用以，用以分分析气缸压缩情况析气缸压缩情况，及判断传动机构和传动，及判断传动机构和传动状态的正确与否。状态的正确与否。n为正常的纯压缩示功图。图中压缩过程的为正常的纯压缩示功图。图中压缩过程的曲线上