（实训项目十七）船舶柴油机示功图的测定

1、实训项目十七船舶柴油机示功图的测定一、项目实训教学目标1、掌握柴油机示功图测录；2、掌握柴油机电子示功装置使用；3、掌握柴油机示功图分析。二、背景知识1、示功图。在活塞式柴油机的一个工作循环中，气缸内气体压力随活塞位移（或气缸内容积）而变化的循环曲线，循环曲线所包围的面积可表示为柴油机所作的功或所消耗的功，故称为示功图，它可用示功器测录。示功图除了表示作功或耗功的大小以外，常常用来分析研究以至改善柴油机气缸内的工作过程。示功器测录如下图78所示。图78示功器2、机械式示功器结构和工作原理（1）组成：由传感机构A、转筒机构B和记录机构C三部分组成。（2）传感机构A：小活塞5、活塞杆4及螺旋形示功

2、弹簧1等，用以感受缸内压力变化并以小活塞的位移输出；（3）转筒机构B：绳索9、转筒8及转筒弹簧7，用以反映柴油机活塞的位移；（4）记录机构C：由传动杠杆3及画笔杆2组成，将小活塞的位移在画笔杆端部平行放大，画笔杆端部装设有铜笔尖。（5）工作原理示意图：如图79所示小活塞的标记：三套活塞分别用以下标号表示：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）。在各自小气缸的凸缘上分别用钢印注明1/1、1/2、1/5字样。测取pV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

3、簧示功图时采用1/1小活塞。图79机械式示功器结构原理图1-示功弹簧；2-画笔杆；3-传动杠杆；4-活塞杆；5-小活塞；6-小气缸；7-转筒弹簧；8-转筒；9-绳索弹簧的标记：图80p-V示功图示功弹簧用弹簧比例M标记。弹簧比例M表示缸内压力每变化1MPa时弹簧的变形量（mm），其单位为mmMPa。弹簧比例M应根据小活塞标号和柴油机缸内最高爆发压力pz值来选择，使所测取的示功图的最大高度接近于示功图纸高度，以保证示功图的精确度。3、示功图的种类及用途 p-V示功图作用：计算柴油机的指示功率、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。 p-V 转角示功图作用：

4、便于研究缸内燃烧过程的进行情况。但此图形已失去示功图原形，只能用于分析缸内燃烧过程，不能作为计算功率的依据。图81p-V转角示功图手拉展开图及梳形图 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和判断发火时刻等，可测取手拉展开示功图。手拉展开示功图如图82所示。此时转筒机构的绳索用手工拉动，可配合p-V示功图研究燃烧过程。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，如图83所示。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）。图82手拉展开图图83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，如图

5、83所示。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）。图84p-展开示功图p-示功图p-示功图如图84所示。在船舶上可通过电子示功装置测取。作用：用来计算柴油机的指示功率，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。也是分析研究柴油机工作过程常用的一种示功图。总之，船上使用机械示功器或电子示功器测取气缸示功图，有以下作用：确定柴油机指示功率并判断各缸功率分配的均匀性；确定柴油机的最高爆发压力pz和压缩压力pc；研究燃烧过程、换气过程，计算缸内温度等，以评估柴油机工作过程的完善程度。三、工具的正确使用1、小活塞的选择为了使示功器能在比较

6、广泛的压力范围内使用，示功器通常备有几套可更换的、有不同尺寸配对使用的小活塞和气缸。（1）小活塞的标准直径为20.27mm，标准活塞用标号1/1表示。另外有标号l/2 （其面积为1/1活塞的1/2）、 1/5（其面积为1/1活塞的1/5）的小活塞。pz愈高选号愈小。（2）根据柴油机的pz来选用小活塞， pz愈高选号愈小。在测p-V示功图时均采用1/5小活塞， 当测取弱弹簧示功图时则采用1/1小活塞。2、弹簧的选择（1）示功弹簧用弹簧比例M标记。弹簧比例M表示缸内压力每变化1 MPa时弹簧的变形量，其单位为mm/MPa。（2）弹簧比例M应根据小活塞标号和柴油机缸内最高爆发压力pz 值来选择，使所

7、测取的示功图的最大高度（ hmax=pzM ）接近于示功图纸高度，以保证示功图的精确度。 （3）示功弹簧选择表 11小活塞弹簧比例mm/MPa300250160120100706050403530252015最高压力MPa0.050.10.20.30.40.60.81.01.21.41.62.02.53.012小活塞弹簧比例mm/MPa30252017.51512.5107.5最高压力MPa1.62.02.42.83.24.05.06.015小活塞弹簧比例mm/MPa1210876543最高压力MPa4.05.06.07.08.01012.515四、实训操作流程及操作方法示功图的测取：示功图是

8、研究柴油机气缸内工作过程进行情况的第一手资料。为了准确地测取示功图， 必须按一定的步骤和方法进行，以减少测量的误差。测量步骤和方法如下：1、仔细检查示功器，确认示功器技术状态良好。记录纸应准确地装妥在转筒上并夹紧，使它在整个园周上与转筒表面贴合，没有松脱。调整好记录笔尖，使笔尖能在示功纸上轻轻地划出一条痕迹。笔尖对转筒压得太紧时，会使记录机构的动作迟缓和失真，影响测绘的准确性。2、将示功器放置缸盖上迸行预热，一般约需5分钟，使示功器各部均匀受热，这一工作，对于冬季首次使用尤为必要。可以延长示功器的使用寿命。3、调整好柴油机，使燃油、滑油、冷却水、进排气等系统的压力、温度、流量保持恒定，发电机的

9、转速尽可能的稳定。4、通知驾驶台，尽可能减少操舵动作，保持航向的稳定，以免突然影响和加剧主机转速的不稳定。5、打开示功考克，吹净通路中的积炭和杂质，然后关闭示功考克。6、将示功器安装在示功考克上，接通示功器传动机构，加足润滑油，观察其动作是否正常。7、在示功考克关闭的情况下，画一条大气压力线。8、打开示功考克，测取P-V示功图。9、 将拉绳与传动机构脱开，测取手拉展开图。10、测量完毕后，关闭试验阀，取下示功器置于仪器盒的支架上。11、取下示功图纸，在示功图上注明：测量日期，缸号，当时主机的转速，排气温度（总管，支管），滑油，冷却水的温度，该缸喷油泵齿条供油格数，主机操纵台油门手柄的开度格数，

10、示功器活塞标号，以及示功器弹簧的比例尺等。12、每测取56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。13、示功器使用完毕，应及时安放在专门的支架上或仪器盒内，清洁并加好滑油（钟表油）备用， 不要随意放置。示功器应有专人保管使用。五、实训操作注意事项1、机械示功器的传动机构（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， 以便正确反映柴油机活塞运动规律。2、示功图的测取方法及注意事项（1）测取示功图前，应对示功器进行必要的检查和标定；（2）测取示功图，应确保被测的柴油机负荷稳定，运行参数正常并保持

11、稳定；（3）测量时的气象和海况条件适宜；（4）示功器安装前，应开一下示功阀吹净通路中的杂质等；（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（机械式示功器）；（7）测取满意的示功图后，应标明缸号、日期、排气温度、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；（9）每测取56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。六、评估考核标准（1）评估要素：正确调整柴油机到规定负荷下运转；正确选取弹簧和小活塞并安装记录纸正确；正确安装和取下测量仪表、测量操作正确；正确对仪表进行保养操作。（2）评估标准：操作

12、与叙述准确、熟练，操作过程无异常（25 分）；操作与叙述准确、比较熟练，但发生个别异常（20 分）；操作与叙述准确、熟练程度一般，能完成操作（15 分）；操作与叙述较差，只能完成部分操作（10 分）；操作与叙述差，无法完成（05 分）。七、实训总结与技能提升1、机械示功器是利用机械位移的原理测量示功图，所以存在着机械式测量仪器固有的缺陷。使用时，所测示功图受小活塞、活塞杆、联动杆系等运动惯性力的影响较大，会因振动而增加误差，特别是高速时更为严重。故它仅适用于低速机和部分中速机。2、机械示功器的使用尽管有上述局限性，但因结构简单、工作可靠和使用方便等优点，目前在大型低速柴油机船舶上仍被广泛用作随

13、船测试仪表，以便随时监控运转中的柴油机。3、电子示功器。（1）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。它是利用电子信息技术，通过过各种形式的传感器把柴油机缸内的气体压力、曲轮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、上位机进行观察或打印。（2）电子示功器核心部份是传感器，通常有三种：电阻应变式、压电式、电容和电感式。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传感器测量。如下图所示。压电式示功装置

14、一般由压电式压力传感器、前置放大器、示波器等组成。前置放大器是一个高阻抗输入的放大器，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。如下图所示。图86 压电石英压力传感器1、2-绝缘体；3-晶体；4-膜片；5-导线；6-引出片；7-套筒图85 电阻应变式压力传感器1-保护螺帽；2-受压器；3-水管垫圈；4-冷却水管；5-密封垫圈；6-垫片；7-接线柱；8-屏蔽电线；9-上壳体；10-压线板；11-固定螺钉；12-定位销；13-调整垫片；14-应变筒；15-垫片（3）安装转速传感器图87 转速传感器转速传感器包含霍尔转速传感器和齿轮传感器，两个传感器装在一个传感器壳体中，是柴油机示功图测量中获取示功图上止点信号、柴油机转速信号、柴油机曲轴分度信号的传感器，在示功图测量中不可缺少。转速传感器必须采用固定支架固定在柴油机飞轮端的柴油机机体上，两个传感器对着飞轮的侧面，并保证齿轮传感器对着盘车齿轮的轮齿。将第一缸盘车到上止点（动力冲程上止点或进排气冲程上止点都可以）；霍尔传感器对面的飞轮上用胶水粘结一块磁钢（磁钢S极向上），调整转速传感器合与飞轮的距离，使霍尔转速传感器与磁钢的距离在 2.5mm4 mm 之间，齿轮传感器与