1、船舶柴油机主推进动力装置832第十章示功图的测录与分析127第十章 示功图的测录与分析127第一节 示功图的种类和用途23考点1：各种示功图的测取方法6根据热工测量的不同目的和任务，可测取不同类型的示功图。用机械示功器可以测取P-V示功图、p-V转角示功图、弱弹簧示功图、纯压缩图，也可用手拉测取手拉示功图和梳形图等，用气电示功器或电子示功器可测取P-示功图。B1.示功图是表征柴油机工作时气缸内（）随气缸容积或曲轴转角而变化的图形。A温度B压力C内能D比容D2.四冲程柴油机与二冲程柴油机P-V示功图的明显区别是（）。A四冲程柴油机示功图高度较高B四冲程柴油机示功图压缩曲线较高C四冲程柴油机示功图
2、膨胀线较高D四冲程柴油机示功图尾部圆滑B3.若要求测量纯压缩压力，应选测（）。AP-V转角示功图B梳形示功图C弱弹簧示功图DP-V示功图C4.可以用手拉测取的示功图为（）。A纯压缩线图B弱弹簧示功图C梳形示功图DP-V示功图C5.使用机械示功器可测取的示功图有（）。.PV示功图.PV转角示功图.P示功图.弱弹簧示功图.梳形图ABCDA6.在未使用示功器传动机构的情况下，可测取（）。A梳形示功图BP-V示功图C纯压缩线图DP-V转角示功图考点2：各种示功图的用途17 1P-V示功图P-V示功图可以用来计算柴油机的功率，调整各缸负荷的均匀性，量取最高爆炸压力和判断各缸燃烧情况以及计算缸内瞬时温度等
3、。这种示功图既能定性也能定量地显示出气缸内工作过程的实际情况，因而成为研究内部工作过程所不可缺少的重要依据。但是，它的测量是在一个工作循环内完成的，如果因某种原因而产生误差，这种误差甚至可高达1015%，那就失去了测量的意义。因此，测量时必须特别注意工况稳定，并慎重对待所测得的结果，尽量避免误差。 2P-V转角示功图它是用机械示功器在传动机构的小曲柄超前于所测气缸曲柄82左右的情况下测得的。此时，图形中央位置恰好是上止点位置。其目的是为了将燃烧曲线在横坐标方向上放宽，以利于分析燃烧过程的情况。根据活塞运动规律，活塞在上、下止点处速度为零，而在中部速度最大。因此在P-V示功图上，燃烧过程处于上止
4、点附近，此时活塞速度很低而燃烧压力变化很快。这样，在很短的活塞位移内难以清楚地反映出迅速变化的燃烧压力情况。 3手拉展开示功图在不能测取转角示功图的柴油机上，为了研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚，可用手拉展开示功图。其使用和转角示功图一样，可配合P-V示功图研究燃烧过程。 4梳形示功图用手慢慢拉动示功器转筒，可测出多条压缩压力线（在单缸停油时）或最高爆发压力线，这种图形形似梳子，所以称为梳形示功图。梳形示功图可用来检查压缩终点的压力Pc和最高爆发压力Pz。 5弱弹簧示功图为了研究和检查扫气过程，可以给示功器换上弱弹簧和1/1标准活塞（弱弹簧可根据排气压力的大小和放大程度来选择），把P-V示功图
5、的尾部放大测绘出来，这种图形称为弱弹簧示功图。二冲程柴油机的弱弹簧示功图。当排气口开启时，膨胀线急剧下降到扫气压力线以下。在扫气口开启后压力升高到扫气压力。由于弹簧的振动，压力出现波动，直到扫气口关闭为止。由于过后排气，气缸内压力又会下降，直到排气口关闭开始压缩。通过使用弱弹簧示功图就可以研究和检查换气过程的好坏。 6P-展开示功图用电子示功器可测取P-展开示功图。在船上可通过电子示功器测得。P为气缸内气体压力，表示曲轴转角。p-示功图可用来计算柴油机的指示功率，评估燃烧与扫气过程，测取缸内最高爆发压力Pz和压缩压力Pc，计算放热率，测定发火角等,是分析研究柴油机过程常用的一种示功图。D1.为
6、了判断柴油机各缸间的负荷均匀性，应测取（）。AP-V转角示功图B梳形示功图C手拉示功图DP-V示功图D2.能用来计算柴油机的功率的是（）。AP-V转角示功图B梳形示功图C弱弹簧示功图DP-V示功图C3.一般用来研究柴油机的换气过程的是（）。AP-V转角示功图B梳形示功图C弱弹簧示功图DP-V示功图C4.为分析研究柴油机燃烧过程，通常采用的示功图是（）。AP-示功图BP-V示功图CP-V转角示功图D手拉示功图C5.判断柴油机发火时刻的早晚，可以通过分析（）。A梳形示功图B弱弹簧示功图CP-V转角示功图DP-V示功图C6.为分析柴油机燃烧过程，特别是活塞在上止点附近燃烧压力变化情况，应测取（）。A
7、梳形示功图B弱弹簧示功图CP-V转角示功图DP-V示功图C7.通常，测取梳形示功图的用途为（）。A计算功率，调整各缸负荷B分析燃烧过程进行的情况C检查压缩压力和爆发压力D检查和分析缸内发火时刻C8.通常，测取梳形示功图的用途为（）。.调整各缸压缩比.平衡各缸最大爆发压力.测量各缸压缩压力.分析燃烧过程情况ABCDB9.利用P-V示功图不能达到的目的是（）。A测取最高爆发压力B测取压缩压力C检查各缸负荷是否均匀D计算柴油机指示功率B10.利用P-展开示功图可以（）。.计算平均指示压力.分析研究换气过程.测取滞燃期和压力升高率.分析燃烧放热规律ABCDC11.可用于柴油机功率计算的示功图有（）。.
8、P-V示功图.P-V转角示功图.梳形示功图.手拉示功图.P-展开示功图.弱弹簧示功图ABCDC12.可测柴油机最高燃烧压力的示功图有（）。.P-V示功图.P-V转角示功图.梳形示功图.纯压缩示功图.P-展开示功图.弱弹簧示功图ABCDD13.可分析燃烧过程的示功图有（）。.P-V示功图.P-V转角示功图.梳形示功图.手拉示功图.P-展开示功图.弱弹簧示功图ABCDC14.手拉示功图的作用是（）。A计算指示功率B调速各缸负荷均匀性C检查燃烧过程D检查换气过程C15.指出下列示功图中不能用来详细分析和研究燃烧过程的示功图是（）。AP-展开示功图B手拉展开示功图CP-V示功图DP-V转角示功图A16
9、.判断柴油机发火时刻的早晚，可以通过分析（）。A手拉示功图B弱弹簧示功图C梳形示功图D纯压缩示功图A17.用机械示功图测取缸内纯压缩图的目的是（）。.测量气缸压缩压力.检查示功器传动机构的同步性.确定上止点位置.计算指示功率ABCD第二节 机械示功图30考点1：机械示功器的工作原理、结构和特点21 1结构和工作原理机械示功器的具体结构由压力感受机构、转筒机构和记录机构三部分组成。压力感受机构包括小活塞、活塞杆及示功弹簧等用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出；转筒机构包括绳索、转筒用来反映柴油机活塞位移；记录机构包括杠杆和画笔机构具有平行放大作用，画笔的自由端装有铜笔尖。当测量示功图时，转
10、筒上夹有示功纸并通过绳索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，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。示功器小活塞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。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比例变化，所以记录笔尖在转筒记录纸上可以绘出气缸内气体压力随活塞位移变化的图形，即压力-容积示功图（P-V示
11、功图）。 2机械示功器小活塞和弹簧的选择为了使机械示功器能在较广泛的压力范围内使用，一般备有三套活塞和一套不同刚度的弹簧。可根据柴油机的最高爆发压力Pz值进行选择，以便获得合适的示功图。这三套活塞和缸套分别用标号1/1（标准活塞直径为2027mm）、1/2（其面积为1/1活塞的1/2，标准活塞直径为14.35mm）和1/5（其面积为1/1活塞的1/5，标准活塞直径为9.06mm）表示。为了便于识别，分别在示功气缸凸缘上用钢印注明1/1、1/2、1/5字样。在测P-V示功图时均采用1/5小活塞，当测取反映进排气过程的弱弹簧示功图时则采用1/1小活塞。示功弹簧用弹簧比例M标记，单位为mm/MPa，
12、它表示缸内压力每变化1 MPa时弹簧的变形量（mm）。弹簧比例的选择应根据所选定的小活塞标号和柴油机气缸内的最高爆发压力Pz大小来选择。选择弹簧时应注意使示功器具有合适的高度，就是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度，以保证示功图的精确度。通常，柴油机测取P-V示功图时，使用1/5小活塞，可选用的弹簧比例有12、10、8、7、6、5、4、3 （mm/MPa）， 相应的最高压力分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0、12.5、15.0（MPa）。 3机械示功器的传动机构为了把柴油机活塞的运动规律按比例地传给示功器转筒机构，必须设立专门的传动机构。由于示功器转筒的周长只有柴
13、油机活塞行程的1/51/20，因此传动机构不仅要正确反映柴油机活塞运动规律，而且还要将活塞的行程按比例缩小。所以，传动机构应满足以下两个基本要求：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。目前在船上安装使用的大型低速柴油机的示功器传动机构有曲柄式、杠杆式和凸轮式三种。（1）曲柄式传动机构。曲柄式传动机构的立轴转动由柴油机曲轴（或凸轮轴）通过齿轮（或链条）带动，其转速与曲轴的转速相同；立轴的上端有圆盘，圆盘上的偏心销子与小连杆相连组成一单独的小型曲柄连杆机构，模拟柴油机的曲柄连杆机构的运动规律；
14、小曲柄连杆机构与柴油机的曲柄连杆机构在几何尺寸上必须相似，即R/Lr/l（R、L分别为柴油机的曲轴半径和连杆长度；R、L分别为传动机构的小曲柄半径和连杆的长度），活塞销通过缸套上的长孔带动滑块与小活塞一起做同步往复运动。（2）凸轮式传动机构。凸轮式传动机构采用专设的凸轮带动滚轮和导杆模拟柴油机活塞的运动规律。由于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，因此它能反映出活塞的运动规律，即柴油机活塞在上、下止点位置时示功凸轮也恰好把导杆推到最高、最低位置，使导杆的运动规律与柴油机活塞的运动规律一致，从而保证示功转筒与柴油机活塞的位移成比例和定时相一致。（3）杠杆式传动机
15、构。杠杆式传动机构采用一套杠杆机构铰接在柴油机活塞或十字头上，按一定比例反映活塞的运动规律。此种传动机构虽然结构简单，但无法避免铰接处磨损而造成传动失真，因而目前很少使用。 4机械示功器的优缺点和适用范围机械示功器可以用提高弹簧刚度来提高它的自振频率，扩大其适用范围。目前机械示功器根据使用弹簧的形式可分为两种，即卷簧式和柱簧式。二者在结构原理上完全相同，不同的是前者用螺旋形卷弹簧（刚度小），适用于400r/min以下的柴油机使用；后者用等强度柱形弹簧（刚度大），适用于7001000r/min的柴油机使用。C1.下列有关示功图的说法错误的是（）。A梳形示功图可测量纯压缩压力和爆发压力BPV示功图
16、和P示功图都可用于计算柴油机功率CPV示功图可测取压缩压力和分析柴油机燃烧过程DPV转角示功图可用于分析柴油机燃烧过程D2.机械示功器主要有如下部分组成（）。A接受和反映气缸内气体压力变化部分B反映活塞位移或曲轴转角变化部分C记录机构部分D上述三部分组成A3.通常，卷簧式机械示功器的使用范围只限于（）。A低速柴油机B中速柴油机C高速柴油机D中小型柴油机D4.在示功图上能正确反映柴油机活塞位移的变化，是因为（）。A示功器小活塞选择正确B示功器弹簧选择正确C示功器具有转筒部分D示功器传动机构定时正确D5.下述机构中，不能用于机械示功器的传动机构的是（）。A杠杆式传动机构B凸轮式传动机构C曲柄式传动
17、机构D皮带传动机构D6.机械示功器传动机构必须满足的条件是（）。A活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应B转筒的摆动必须严格与活塞运动相对应C转筒的摆动必须严格与缸内压力相对应DABC7.用机械示功器测取P-V转角示功图所用的传动机构是（）。A杠杆式传动机构B凸轮式传动机构C曲柄式传动机构D上述三种机构都可以C8.卷簧式机械示功器一般不适用于中、高速柴油机使用的原因在于（）。A示功器小活塞较大B示功器弹簧刚度太大C示功器自振频率较低D中、高速柴油机为四冲程B9.卷簧要机械示功器适用于转速小于（）柴油机。A1500r/minB400r/minC500r/minD1000r/minB10.关于机
18、械示功器小活塞与弹簧的选配，正确的是（）。A测爆压时要选用1/5小活塞，软弹簧B测爆压时要选用1/5小活塞，硬弹簧C测换气过程要选用1/5小活塞，硬弹簧D测换气过程要选用1/1小活塞，硬弹簧D11.关于机械示功器小活塞与弹簧的选配，正确的是（）。A测爆压时要选用1/5小活塞，软弹簧B测爆压时要选用1/1小活塞，硬弹簧C测换气过程要选用1/5小活塞，硬弹簧D测换气过程要选用1/1小活塞，软弹簧A12.关于示功器小活塞和弹簧选用的正确说法是（）。A弹簧应根据小活塞直径和最高爆发压力来选择B通常测换气过程示功图使用1/5小活塞C测爆压时选用弹簧越硬越好D测压缩压力时选用软弹簧B13.用机械示功器测取
19、P-V示功图应选用（）。A1/1小活塞B1/5小活塞C1/2小活塞D任意选用A14.用机械示功器测取换气过程示功图应选用（）。A1/1小活塞B1/5小活塞C1/2小活塞D任意选用B15.用机械示功器测取P-V转角示功图时，应选用下述示功器小活塞与示功弹簧（）。A1/1小活塞与硬弹簧B1/5小活塞与硬弹簧C1/1小活塞与软弹簧D1/5小活塞与软弹簧C16.用机械示功器测取换气过程示功图时，应选用下述示功器小活塞与示功弹簧（）。A1/1小活塞与硬弹簧B1/5小活塞与硬弹簧C1/1小活塞与软弹簧D1/5小活塞与软弹簧A17.用机械示功器测取换气过程示功图时，应选用下述（）。A1/1小活塞B1/2小活
20、塞C1/3小活塞D1/5小活塞A18.用机械示功器测取P-V转角示功图时选用示功弹簧的依据之一是（）。A最大燃烧压力B最大压缩压力C最大扫气压力D最大压力升高率C19.如果气缸内最高爆发压力约为8.0 MPa，示功图纸高度为50 mm，则选用弹簧比例应为（）。A8 mm/MPaB7 mm/MPaC6 mm/MPaD5 mm/MPaB20.若选用弹簧比例为7 mm/MPa，示功图纸高度为50 mm，则示功器可测取的最高爆发压力约为（）。A6.0 MPaB7.0 MPaC8.0 MPaD12.5 MPaB21.如果气缸内最高爆发压力约为12.5 MPa，选用弹簧比例应为4 mm/MPa，则示功图纸
21、高度应为（）。A60 mmB55 mmC50 mmD45 mm考点2：示功图的测取方法及注意事项9示功图形状是受许多因素影响的，譬如示功器使用和维护不当，传动机构安装不正确，天气、海情的变化等都会影响示功图的形状。因此在测取示功图时应做好准备工作，按正确方法进行测录：（1）使柴油机负荷稳定，即各运行参数达到正常值并保持稳定不变；（2）选择适宜的海况和气象条件；（3）安装示功器前，必须先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净；（4）示功器安装后，应先在转筒的记录纸上画出大气压力线；（5）测取满意的示功图后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、弹簧比例等，并与驾驶台联系记录气候、风力、风向、潮流、
22、吃水、船速等，供分析时参考。为准确起见，最好每缸测取2个示功图。当测取56个示功图后，应拆下示功器进行冷却，示功器测量完毕，应对示功器进行彻底清洁和保养。B1.下列有关示功器的说法正确的是（）。.用机械示功器测取爆发压力时要选用1/5小活塞，软弹簧.用机械示功器测取爆发压力时要选用1/5小活塞，硬弹簧.用机械示功器测取换气过程时要选用1/1小活塞，软弹簧.用机械示功器测取换气过程时要选用1/1小活塞，硬弹簧ABCDD2.测取示功图时，下列说法错误的是（）。A测取示功图时应画好大气压力线B示功阀漏气时画大气压力线不准C大气压力线是量取压力的依据D大气压力线是计算功率的依据C3.测取示功图时，下列
23、说法错误的是（）。A示功图纸应与转筒底边靠齐B在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时，可将示功器固定于其他缸示功阀上画出大气压力线C在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时应停车更换示功阀后再测D在测示功图过程中发现某缸示功阀漏气时不影响测取示功图C4.测取示功图时，如发现某缸示功阀阀杆漏气，下列说法不正确的是（）。A测得的示功图不准B不影响大气压力线的测取C压缩线和膨胀线同时降低不影响功率计算D测得的爆压会不准D5.测取纯压缩图时，下列说法不正确的是（）。A需要准确测压缩压力时测纯压缩图B测取纯压缩图时应单缸停油C主机全速全负荷时不应测纯压缩图D各缸可以在柴油机不同油门时测纯压缩图B6.主机测取示
24、功图时应保持（）。A调速器转速设定不变B油门刻度不变C船舶航速不变D透平转速不变C7.测取主机示功图时下列要求不正确的是（）。A选择适宜海况和气象B在稳定工况进行C换用轻油运行D在正常运行负荷进行C8.测取示功图时，下列做法不正确的是（）。A安装示功器前要打开示功阀吹出其中积炭B要画出大气压力线C为使示功图清，楚针尖应在示功图纸上多画几个循环D测完示功图应在图纸上标记缸号D9.关于测示功图操作不正确的说法是（）。A应在尽可能短的同一时间段内测完各缸B测56张示功图后应拆下示功器冷却C测示功图后，为热工计算和示功图分析，应测量和记录油耗量、油门刻度、排气温度等参数D测量过程中发现某缸示功阀关不严
25、时，不能测该缸示功图第三节 电子示功器17考点1：电子示功装置的类型、工作原理及主要特点12电子示功器由传感器、测量电路和记录显示装置等三大部分组成。它是利用电子技术，通过各种形式（如电阻应变式、压电式、电容和电感式）的传感器把柴油机缸内的气体压力、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观察或打印。 1电阻应变式示功装置电阻应变式示功装置是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到显示记录装置。柴油机曲轴转角信号可由磁电式或光电式等传感器测量。系统方框图如图10-所示。
26、2压电式示功装置压电式示功装置一般由压电式压力传感器、前置放大器、示波器等组成。其系统框图如图所示。前置放大器是一个高阻抗（1012）输入的放大器，它的作用是放大压电传感器的微弱信号和将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出。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。压电石英传感器是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它的某个结晶轴方向受到外力作用时，其内部将产生极化现象：在它的表面上有电荷集结，且此电荷的大小与作用力的大小成正比；当外作用力去掉，晶体又重新回到不带电的状态。具有压电效应的晶体称为压电晶体，例如石英和钛酸钡等。 3电子示功装置的优缺点及适用范围电子示功装
27、置的突出优点是固有频率高，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，压电石英式可高达数百千赫。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，所以它的频率特性宽，适用于低、中、高速柴油机使用，测量误差小于1%。电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰影响，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。因而它对测量电路要求较高，需设补偿装置。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。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。C1.电子
28、示功装置与机械示功器比较，其突出的优点是（）。A结构简单B稳定性好C频响特性好D使用方便B2.频响特性最好的示功装置是（）。A机械示功器B电子示功器C气电示功器D光电示功器A3.利用电子示功器通常得到的示功图是（）。AP-示功图BP-V示功图CP-V转角示功图D手拉示功图B4.电子式示功装置的组成为（）。.传感器.放大器.转筒.记录显示装置.传动装置.画笔ABCDA5.在电子式示功装置中，其核心是（）。A压力传感器B放大器C记录显示装置D速度测量装置D6.在电子式示功装置中使用的压力传感器通常为（）。A压电式B磁电式C电阻式DACD7.在电子式示功装置中曲轴转角信号的测量要利用下述传感器（）。A上止点传感器B曲轴转角传感器C压力传感器DABC8.在电子示功装置中曲轴转角信号应采用下述设备测录（）。A压电式传感器B电阻式传感器C曲轴转角发生器D电磁式转筒装置D9.在示功器中频响特性最好的示功装置是（）。A卷簧式示功装置B柱簧式示功装置C电阻应变式电子示功装置D压电石英式电子示功装置A10.关于电子示功装置论述正确的是（）。.频响特性好.可测取PV示功图.可测取P示功图.其压力传感器通常为压电式和电阻式.可测取PV转角示功图ABCDA11.电阻应变式示功器是利用压力传感器把被测压力的变化转换成应变片的（）。A电阻值的变化B电容值
