示功图测录
11第八章 示功图测录与分析
第八章示功图测录与分析示功图是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。
它通过专门的测量仪器——示功器进行测量。
它是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要依据，也是用来计算柴油机指示功率的依据，同时还可作为柴油机动力计算和强度计算的资料。
通过示功图可研究气缸内的燃烧过程、燃烧放热规律，计算缸内温度，评估扫气过程，计算柴油机指示功率，确定柴油机最大爆发压力和压缩压力等等。
由于它能以图形显示气缸内的工作过程，而且测试仪器简单实用，因此在柴油机测试中，示功图的测取占有非常重要的地位。
通常，在船舶轮机管理中应定期测录运转柴油机的示功图，且对测取的示功图进行计算和分析。
根据其计算和分析结果，结合其它运转参数来判断柴油机的工作性能，并可对其进行适当的调整，保证柴油机在最佳状态下运转，提高其经济性、动力性和可靠性。
第一节示功图的测录测取气缸示功图的仪器统称为示功器。
根据其工作原理的不同，示功器可分为机械式示功器、气电式示功器和电子式示功器。
船上常用的是机械示功器。
随着电子技术的应用，在现代船舶上，电子式示功器的使用也不断增多。
一、机械式示功器机械式示功器是一种使用较早的示功器，目前在船用低速和部分中速柴油机上仍在使用，它是利用机械位移方法测量气缸内压力和活塞位移。
机械示功器按使用的示功弹簧形式不同，可以分为螺旋弹簧式和柱簧式两种。
两者在结构原理上相同，所不同的是前者使用螺旋形弹簧，刚度小，适合于转速为400r/min以下的柴油机使用；后者使用等强度柱形弹簧，刚度大，适合于转速在700～1000r/min的柴油机使用。
以下主要介绍螺旋弹簧式示功器。
1．结构和工作原理机械示功器的结构原理如图8-1-1所示，它由压力感受机构、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5、活塞杆4及示功弹簧1等，用来感受气缸内压力变化并以示功器小活塞位移输出；转筒机构包括绳索9和转筒8，用来反映柴油机活塞位移；记录机构包括杠杆3和画笔机构2，具有平行放大作用，画笔的自由端装有铜笔尖10。
《船舶柴油机》课程标准(含课程思政)
《船舶柴油机》课程标准一、课程信息考试考查□是是《船舶柴油机》是轮机工程技术专业的一门重要的职业技术课程，旨在为学生掌握必需的船舶柴油机相关知识和技能、适应日后工作奠定坚实的理论和实践基础。
通过本课程的学习，掌握现代船舶柴油机的工作原理、结构，了解柴油机示功图的测量、功率的计算和热平衡，了解柴油机的性能指标和重要参数；具有对船舶柴油机常见故障的判断和机理分析能力，具有船舶柴油机的管、用、养、修所必须的技能。
掌握动力装置的组成和类型，了解轴系的组成、结构、工作原理和检测方法；了解螺旋桨结构、原理和安装方法。
结合课程教学，培养学生的精精益求精的工匠精神，培养思维能力、创新意识以及自学能力。
本课程在培养高素质技能型轮机工程技术人才方面起着综合提高的作用，对学生的职业能力培养和职业素养的养成起着支撑或促进作用。
本门课程作为船舶轮机员（三管轮）的适任考证课程。
其前导课程是“轮机工程基础”、“热工基础”、“电工与电子技术”等专业基础课程，后续课程是“动力装置拆装”、“顶岗实习”，前导后续课程衔接得当。
表2 课程功能定位分析通过本门课程的学习，能使学生进一步理解和践行社会主义核心价值观，增强对国家海洋强国战略的使命感和认同感，树立民族复兴的责任感，培育精益求精的工匠精神，养成较强的集体意识和团队合作精神，能够进行有效的人际沟通和协作，具有一定的专业创新能力，获得船舶动力装置的工作原理和运行管理方面的基本知识、基本理论和基本技能，养成独立操作和管理船舶主推进动力装置的综合能力，掌握分析实际问题和应急应变解决突发问题的方法，为日后适任工作岗位、进一步学习和研究打下良好的基础。
四、课程目标按照STCW公约（2010修正案）、中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则、中华人民共和国《主推进动力装置》课程考试大纲所规定的船舶轮机员（三管轮）适任标准与岗位能力标准，确定本课程的知识目标、能力目标以及素质目标。
（一）素质目标● 树立民族复兴的责任感，能为国家的海洋强国和航运强国战略尽到自己的职责；● 培育爱岗敬业、精益求精的工匠精神；● 尊重劳动、热爱劳动，具有较强的实践能力；● 具有较强的团队合作精神，能够进行有效的人际沟通和协作；● 养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；● 培养理论联系实际、善于分析和解决工程实际问题的能力；● 培养职业化思维能力和科学求实的精神；● 培育终身学习的思想，培养学习新技术的能力，增强创新意识。
1第一章船舶柴油机概述
第二次世界大战到20世纪50年代中后期，柴油机在此期间完 成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及使用劣质燃油等 四项重大技术成果，并逐步发展了船用低速柴油机系列。 废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用是船用 低速柴油机发展中的重要里程碑；是船用低速柴油机的第一 次飞跃，在与蒸汽动力装置的竞争中柴油机逐渐取得了领先 地位。 从20世纪60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时期， 船用低速柴油机的性能参数大致范围为缸径D=600~1050mm； 行程S=1 000~1800mm，单缸有效功率达3000kW，单机组 达36000kW，耗油率为210g/kW· h，有效热效为40％。发展 顺序是增大机组功率，提高可靠性，提高经济性。 20世纪70年代的两次能源危机。石油产品价格大幅度上涨使 船舶柴油机的燃油费用支出一跃占总营运成本的40%~50%； 降低柴油机的燃油支出费用、提高柴油机经济性已成为第一 要求。 70年代末到80年代，各类柴油机均采用多种节能措施 降低油耗率，努力提高柴油机的有效热效率；
课时分配 7 9 6 10 10 8 10 5 5 4 6 4
先修课程 《工程热力学与传热学》、《流体力学》、 《工程力学》、《轮机工程材料》、《机械设 计基础》 教 材 孙培廷：船舶柴油机. 大连海事大学出版社， 2002年2月。 主要参考书 （1）钱耀南：船舶柴油机； 大连：大连海事大 学出版社， 1999年1月。 （2）杜荣铭：船舶柴油机（轮机员培训教材）. 大连：大连海事大学出版社，1999.11.
一、船舶柴油机概述
机械设备可分为动力机械和工作机械两大类。 1、动力机械：是将其他形式的能量，如热能、电能、风能等转 化为机械能. 2、工作机械：是利用机械能来完成所需的工作。 3、热能动力装置：机械能⇔热能 4、热机：把燃料燃烧的化学能转变为热能再转变为机械能输出。 热机在工作过程中需要完成两次能量转化过程。第一次能量转化 过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能。第二次能量转化过 程是将热能通过工质膨胀转化为机械能。 燃烧的条件 ：可燃物、一定的温度、助燃物。 热机分为：内燃机、外燃机。 （1）内燃机：两次能量转化过程是在同一机械设备的内部完成的 机械。有汽油机、柴油机、燃气轮机。 特点：机械能量损失小，具有较高的热效率。 1）柴油机：是以柴油为燃料的内部混合压燃式内燃机。 2）汽油机：是以汽油为燃料的外部混合点燃式内燃机。 3）燃气轮机：是以燃气为燃料点燃式内燃机。
大连海事大学继续教育学院(函授)教学周历
大连海事大学继续教育学院（函授）教学周历版本：K 修改状态：0 DMU －2－095－1课程名称： 船舶柴油机 2013~2014 学年 第 1 学期 专业、层次、年级： 轮机工程专科12级 主讲教师： 刘勤安 教材名称： 主推进动力装置 中国海事服务中心组织编写 2008函授站站长签字：函授站大连海事大学继续教育学院（函授）教学周历版本：K 修改状态：0 DMU －2－095－1课程名称：船舶电气设备及系统 2013 ~2014 学年 第1学期 专业、层次、年级：轮机工程专科12级 主讲教师： 张春来 教材名称：《船舶电气（自学教材）》、《船舶电气培训教材》函授站站长签字：函授站大连海事大学继续教育学院（函授）教学周历版本：K 修改状态：0 DMU －2－095－1课程名称： 轮机英语听力与会话 2013 ~2014 学年 第 1 学期 专业、层次、年级： 轮机专科2012级 主讲教师： 段绪旭 教材名称： 轮机英语听力与会话/中海服/交通函授站站长签字：函授站大连海事大学继续教育学院（函授）教学周历版本：K 修改状态：0 DMU －2－095－1课程名称： 船舶辅机 2013 ~2014 学年 第 1 学期专业、层次、年级：轮机专科2012级 主讲教师： 陈海泉 教材名称： 《船舶辅机》2010版陈海泉编，大连海事大学出版社函授站站长签字：函授站轮机工程专科2012级船舶辅机平时作业第一次作业1.泵的性能参数有哪些？2.写出泵的工作扬程表达式，并说明每一项的物理意义。
3.写出并简要说明保证泵正常吸入条件的表达式。
4.写出并简要说明保证泵正常排出条件的表达式。
5.简述影响往复泵容积效率的主要因素。
6.往复泵上为何要设空气室，对空气室的管理应注意哪些问题？7.简述影响往复泵正常吸入的因素。
8.简述往复泵工作时没有水排出的可能原因。
9.简述齿轮泵流量不能太大的原因。
10.简述影响齿轮泵容积效率的因素。
示功图分析
3、传动机构 作用：把活塞的运动规 律按比例传给示功器 转筒机构。 两个基本要求： （1）使活塞行程的缩小 比例要与转筒的周长 相适应； （2）转筒的运动规律与 活塞的运动规律同步。 传动机构类型： （1）曲柄式 （2）凸轮式 （3）杠杆式
1）曲柄式传动机构 小曲柄连杆机构的运 动规律与柴油机活 塞运动规律同步条 件： 小曲柄半径r与连杆3 长度l之比： r/l=R/L （R－柴油机曲柄半径， L－柴油机连杆长 度）。
二、电子式示功器 组成：传感器、测量电路、记录显示装置。 工作原理：通过传感器把气缸内的气体压力、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显示或打印，测取pφ示功图。 分类（按压力传感器形式） 电阻应变式、压电石英式、电容式、电感式。 曲轴转角传感器：磁电式、光电式。 1、电阻应变式示功装置 1）工作原理：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往显示记录装置。 电阻应变式压力传感器 应变仪 显示记录装置。
4、机械示功器的主要优缺点及 适用范围 主要优点： 结构简单，使用方便而广泛地 作为低速柴油机的随机供应 仪表，供监控柴油机使用。 主要缺点： 各感应元件均由弹簧系统组成， 必须具有一定质量（因强度 要求），而其弹簧刚度不能 大大（灵敏度要求），致使 它的自振频率较低，不适用 于高、中速机使用。 使用范围：400rpm以下低速机 （螺旋弹簧）和部分中速机 （柱形弹簧）。
弹簧比例与最高爆发压力关系（5活塞）：
M（mm/Mpa） 12 10 8 7 6 5 4 3 Pz（Mpa） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 10 12.5 15.0 （1）弹簧比例越小，标准小活塞直径越小，最高爆发压 力越高，所用弹簧越硬； （2）测P-V示功图和爆发压力时，用1/5小活塞、硬弹簧 及低弹簧比例； （3）测弱弹簧示功图和换气压力时，用1/1小活塞、软弹 簧及高弹簧比例； （4）当弹簧不变时，将1/1标准小活塞换为1/5标准小活塞 时，意味着由测低换气压力改为测高爆发压力，弹簧比 例应小、减小为原来的1/5。
涡流室柴油机压力数据测录系统研究
性分析 ， 而且可以提供某种程度的定量估价 ， 所以这 种方法 已成为 当前研究柴油机燃烧过程 的有效手
段。对于涡流室柴油机而言 ， 精确地采集和记录主、
压力数据采集系统的示意图见 图 １ 。
副燃烧室的压力数据及主、 副室间的压力差， 是建立 完善的涡流室柴油机燃烧过程分析 系统的重要条
件。
２ 压 力 数 据 采集 系统 的组 成
示功图测录过程中 ， 压力传感 器的性能对测量 数据的可靠性 具有极为重要的作用 。我们选用两只 瑞士 Ｋ ｅ 压力传感器（ ｉ ｒ 线性误差 ＜４ ．％ＦＯ 和 － Ｉ Ｓ） ０ 附带的两只电荷放大器 ， 测量 Ｓ９ １ ５型柴油机 主、 副 燃烧室的压力 数据。压力传感器的安装一方面要考 虑通道效应的影响 ， 另一方面要尽量避免热 冲击的 作用。测试前后 ， 还要对测试系统进行静态 和动态 标定， 以尽可能地消除线性不足和对温度的敏感性 等 常出现 的 问题 。压 力 数据 采集 系统 的主要组 成如
式为
放热规律的误差分析 ， 上止点位 置前移 １ Ａ 放 热 。 ， Ｃ 率峰值增加 １．０ ， ５ １％ 累积放热率峰值增加 ７９ ％； ．７ 其中主燃 烧室 放热 率的峰值增加 ２ ．８ 累积放 ０ｏ ％， 热率 峰值 增 加 ２ ．３ ； ｏ １％ 涡流 室 放热 率 峰值减 少 １８％， ．７ 累积放热 率峰值减少 ３２ ％。当上止 点后 ．８ 移 ｌ Ａ时 ， ￣ Ｃ 放热率峰值减少 １．０ 累积放热率峰 ４ ８ ％， 值减少 ７ ｏ ％： ． ２ 其中主 、 副燃烧室 的放热率峰值分
＋＝ ６ ｉ ＝Ｎ 。 然后由示功图算得另一 值。比较 （
广
后第二点数据 ０
句—— 后第三点数据 。
《汽车试验学》教学大纲
《汽车试验学》课程教学大纲一、课程目标《汽车试验学》是理论性、实践性相兼有的车辆工程专业的一门专业选修课，是车辆工程专业学生从事相关试验的基础。
通过本课程的学习，使学生对现代车辆实验的内容、方法、使用的仪器及试验原理有较全面地了解，并能够对所测数据进行处理与分析。
培养学生初步的科学研究能力，为其进一步的汽车设计以及研究和处理工程技术问题奠定科学技术基础。
通过本课程的理论学习，使学生具备如下知识和能力：1.培养学生善于勇于发现、分析问题、综合动手解决问题的能力。
2.能够参照相关标准和规范，对汽车基本性能实验进行方案制定、实验测试、数据处理及指标评价，熟悉典型测试设备的工作原理并合理的选取测试工具。
3.能够对汽车典型总成（发动机、变速器等）的常规实验项目进行方案制定、实验测试及数据处理。
4.能够对汽车排气污染物及噪声进行测定，熟悉检测原理，依据相关国家标准评判车辆环保特性。
5.培养学生具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
二、课程教学的内容及学时分配1.课程理论教学内容及要求《汽车试验学》课程主要以讲授、讨论、实验课为主，以课堂测验、课后作业为辅。
结合多媒体教学、启发式教学、结合配套实验课教学。
本课程目标、知识单元与学时分配见表1。
表1 课程目标、知识单元与学时分配2.课程实验教学内容及要求《汽车试验学》课程实验注重基础知识、基本技能的培养，以加强学生基本汽车测试技术训练，着重于试验操作和实践技能的训练。
通过课程实验，熟练掌握汽车常用传感器、汽车试验常用物理量测量方法及仪表、汽车试验信号采集系统、汽车典型总成试验与测试、汽车整车性能试验。
通过实验，使学生具备如下知识和能力：1）、学会汽车整车以及各总成部件测试设备和仪器的操作、报告撰写基础知识，培养学生在实验中提出问题、分析问题、解决问题的能力和对实验数据的综合处理、归纳分析、得出实验结论的能力。
2）、通过该实验课的基本训练，使学生学会正确使用各种汽车整车以及各总成部件测试设备和仪器，训练提高学生的实际动手能力。
10示功图测录与分析
示功图形状受多种因素影响。如示功器使用和维护不当，天气 与海况的变化等。因而应按正确方法进行测录。 1、根据测试目的和任务确定示功图类型；正确选择示功器、小 活塞及弹簧；并检查、标定。 2、 柴油机负荷稳定后进行测试。 3、 气象与海况条件适宜。 4、 示功器安装前先开示功阀吹净。确保润滑良好示功器正常。 5、 示功器安装后应先画出大气压力线。再测出压宿图检查安装 的正确性。 6、 测量时笔尖压力要适宜。 7、测出满意示功图应标明缸号、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，最好每缸测出2个示功图，每测5—6个示功图 后，应拆下示功器使之冷却、润滑。 9、用完示功器应清洁保养。
4.弱弹簧示功图
（1）用途：研究、检查换气过程 的情况。此时示功器应换用1／ 1标准活塞并按气缸排气压力的 大小选用适当的软弹簧。 图a）系四冲程柴油机的弱弹簧 示功图
图中曲线1为部分压缩过程，当示功
器小活塞上行至极端位置时，示功图 保持等高度。膨胀过程，如（曲线2） 所示，当缸内压力等于或小于软弹簧 弹力时，弹簧恢复作用，排气过程 （曲线3）从Ⅱ点（排气阀已开）开始， 缸内压力迅速下降，缸内废气排出并 出现短时真空，而后随着活塞的上行， 排气压力又高于大气压，并随废气的 逐渐排空而下降。进气过程如曲线4所 示，一直到下止点1之后，开始压缩过 程。
图示出二冲程柴油机正常示功图的基本形状，也指示了各特征点
在各种示功图中的相互关系。图中示功图宽度b可大致反映本缸 指示功率的大小。在缺乏正常示功图情况下，可根据上述各点并 参照试航报告所规定值进行调整。 各缸有关热力参数的不均匀度ε应符合表10-2规定。
在所测取的示功图中，还会出现一些畸形示功图。它们可能由柴
热能与动力机械测试技术---作业题
热能与动⼒机械测试技术---作业题《热能与动⼒机械测试技术》作业习题（⼀）第⼀章概述1-1 什么是测量？1-2 按照得到最后结果的过程不同，测量⽅法可分为哪三类？1-3 什么是直接测量？什么是间接测量？什么是组合测量？1-4 对于稳态物理量，直接测量时常⽤的⽅法有哪⼏种？1-5 对于⾮稳态和瞬变参数应如何测量？1-6 什么是模拟测量？什么是模拟测量系统，它的优缺点是什么？1-7 什么是数字测量？什么是数字测量系统，它的优缺点是什么？1-8 模拟信号与数字信号的区别是什么？1-9 按⼯作原理，测量仪器⼀般包含哪三个部分？1-10 作为仪器的感受件必须满⾜哪三个条件？1-11 作为仪器的中间件可以完成哪四项任务？1-12 仪器的效⽤件的作⽤是什么？它可以分为哪些种类？1-13 测量仪器按⽤途可分为哪⼏类？范型仪器、试验室⽤仪器和⼯程⽤仪器的特点和使⽤要求是什么？1-14 测量仪器的主要性能指标有哪些？1-15 测量仪器如何表⽰其准确度的级别？1-16 选⽤仪器时应遵循哪两条基本规则？第⼆章误差理论及应⽤2-1 测量的四要素是什么？测量误差分析的作⽤是什么？2-2 什么是误差？⼀般可将测量误差分为哪三类？各类误差有哪些特点？2-3 系统误差的产⽣原因有哪些？消除系统误差有哪些⽅法？2-4 系统误差的综合的常⽤⽅法有哪三种？各有何特点？2-5 符合正态分布的随机误差具有哪四个特征？2-6 剔除可疑测量值的准则有哪⼏种？⼀般地选择原则是什么？2-7 叙述直接测量量的随机误差计算⽅法（包括计算步骤和计算公式）。
2-8 在某发动机处于稳定⼯况下，对输出转矩进⾏了10次测量，得到如下测定值：14.3，14.3，14.5，14.3，13.8，14.0，14.4，14.5，14.3，14.0N·m。
试表达测量结果。
2-9 叙述间接测量量的随机误差计算⽅法（包括计算步骤和计算公式）。
2-10 ⽤⽔⼒测功机测量发动机输出的功率。
典型示功图详解大全
P B C
A’
D’
D
S
3、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
泵内压力降低使排出阀提前 关闭，悬点提前加载,到达下死 点时，悬点载荷已增加到 A″。 上冲程，吸入部分漏失不 影响泵的工作，示功图形状 与理论示功图形状相近。
P B’ B C
A″
A
A’
D’
D
S
3、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
由于吸入部分的漏失而造 成排出阀打开滞后(DDˊ)和 提前关闭（AA′）。 活塞的有效排出冲程为 DˊAˊ。 这种情况下的泵效
6、油井结蜡影响的示功图
由于油井结蜡，使活塞在整 个行程中或某个区域增加一个 附加阻力，上冲程，附加阻力 使悬点载荷增加；下冲程，附 加阻力使悬点载荷减小，并且
会出现振动载荷，反映在示功
图上，上下载荷线上出现波浪 型弯曲。（如右图所示）：
7、带喷井的示功图
对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只起诱喷和助喷的 作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开的状态，液柱载 荷基本加不到悬点。示功图的位臵和载荷变化的大小取决于喷势的强 弱及抽汲液体的粘度。
B
B’
C
A
D’
D
S
1、气体影响示功图
气体使泵效降低的数值
可使用下式近似计算:
P B B’
' g
充满系数:
DD S
'
C
式中：S—光杆冲程
AD AD
'
A
D'
D
S
2、充不满影响的示功图
当沉没度过小或供液不足使 液体不能充满工作筒时，均会 影响示功图的形状。 供液不足不影响示功图 的上冲程，与理论示功图 相近。 下冲程由于泵筒中液体充 不满，悬点载荷不能立即减 小，只有当柱塞遇到液面时， 才迅速卸载，卸载线与增载 A 线平行，卸载点较理论示功 图卸载点左移（如图中D‘点）
1第一章船舶柴油机概述PPT课件
闭卷
3
章节 内 容
课时分 配
第一章 船舶柴油机概述 7
第二章 主要运动机件 9
第三章 主要固定定机件 6
第四章 换气和增压
10
第五章 燃油喷射与燃烧 10
第六章 润滑和冷却
8
第七章 柴油机调速和操 10 纵
第八章 柴油机工作循环 5
第九章 柴油机特性
5
第十章 示功图测录与分 4
4
析
先修课程
《工程热力学与传热学》、《流体力学》、
3）燃气轮机：是以燃气为燃料点燃式内燃机。
10
（2）外燃机：两次能量转化过程分别在两个不同的机 械设备内部完成的机械。化学能转变成热能的过程 (燃烧)发生在锅炉中，热能转变成机械能发生在汽缸 内部。此种机械由于热能需经某中间工质(水蒸气)传 递，必然存在热损失，所以它的热效率不高，整个动 力装置也十分笨重。
第一次课 内容 1、柴油机的基本工作原理
思考与分析 1、名词解释：柴油机、上止点、下止点、行程、冲程、工作容积Vs、燃烧
室容积Vc 、上量（余隙）燃烧室高度δ、气缸总容积、压缩比、气缸直 径、活塞平均速度 、 P—V示功图、气阀正时、气阀正时（定时）圆图、 气阀重叠角。 2、分析柴油机工作循环的五个过程。 3、柴油机具有哪些特点？ 4、分析气阀正时对柴油机工作的影响。 5、气阀重叠角作用有哪些？
11
5．船舶柴油机的发展 1776年瓦特蒸汽机的发明；开始了产业革命，推动了生产力的
发展。 1876年，德国人奥托(N．A．Otto)第一次提出了四冲程循环(即
进气、压缩、膨胀、排气)原理，并发明了电点火的四冲程煤气 机。 1880年一些工程师，如英国的D，Clerk和J．Robson，以及德 国人K．Beta等成功地开发了二冲程内燃机。 1892年德国工程师RudoIf Diesel申请了压缩发火内燃机专利。 1897年在MAN公司制成第一台实际使用的柴油机(压燃式、空气 喷射、定压燃烧)，其效率比煤气机有显著提高。 1904年柴油机首次用于船舶推进装置(29 ．4kW，260r／min)。 从此在船舶领域里开始了与蒸汽推进装置的竞争局面。 1927年在柴油机上正式使用了由R．Bosch发明的喷油泵(回油 孔式)——喷油器喷射系统，代替了7MPa压缩空气喷油的空气喷 射系统，实现了混合燃烧。 1905年，瑞士人Alfred Buechi提出了涡轮增压的设想。 1926年MAN公司制造了第一台船用废气涡轮增压柴油机，当时 由于增压器制造水平的限制，此项技术未能迅速推广。
示功图的分析和计算
左图二冲程机正常示功图 在缺乏正常示功图的情况 下，可根据上述各点并参 照柴油机说明书规定的各 主要热力参数值进行比较， 主要热力参数值进行比较， 若发现示功图上某些热力 参数不正常， 参数不正常，必须查明原 因，根据说明书上的要求 进行调整。 进行调整。 一般经调整后， 一般经调整后，各缸的有 热力参数的不均匀度应 关热力参数的不均匀度应 满足我国的有关规定的要 求。
产生燃烧过晚的原因： 产生燃烧过晚的原因：
1) 2) 3) 4)
改用劣质燃油而未调节定时—应增大喷油定时 应增大喷油定时） 换油 （改用劣质燃油而未调节定时 应增大喷油定时） 喷油泵 喷油定时太晚。 喷油定时太晚。 如针阀、喷油泵柱塞偶件 柱塞偶件等 漏油 （如针阀、喷油泵柱塞偶件等）； 启阀压力太高（示功图头部有波动） 喷油器 启阀压力太高（示功图头部有波动）或缝隙式 滤器部分堵塞； 滤器部分堵塞； 雾化不良，混合不佳，造成后燃— 喷油器阀座漏泄 （雾化不良，混合不佳，造成后燃 注意与示功器小活塞卡紧时的示功图的区别） 注意与示功器小活塞卡紧时的示功图的区别）
畸形示功图产生的原因
与传动机构等有关和与示功器的安装、 与传动机构等有关和与示功器的安装、 使用有关 与柴油机工作过程有关 所以对畸形示功图必须进行具体分析， 所以对畸形示功图必须进行具体分析， 借以找出造成畸形的原因。 借以找出造成畸形的原因。
示功器传动机构定时超前的畸形示功图
膨胀线高于 正常线 压缩线 低于正 常线 整个示功图变胖 超前角度越大， （超前角度越大， 图就越胖） 图就越胖）
工作参数 压缩压力pc 最高爆发压力pz 平均指示压力pi 排气温度Tr
不均匀度（ ） 不均匀度（%） ≤±3 ± ≤±5 ± ≤±5 ± ≤±5 ±
第八章船舶示功图
示功弹簧上所标弹簧比例Mˊ乃对1/1标准活塞而言
例1： 某弹簧标记 Mˊ=30 mm/MPa
该弹簧与 1/5 小活塞配合使用
则示功弹簧比例为：M= 1/5× Mˊ=6 mm/MPa
例2：某示功器用1/2小活塞时,弹簧比例为
M= 5mm/MPa
现换用 1/1 标准小活塞，则弹簧比例为：
M=2 ×5=10 mm/MPa
5．弱弹簧示动图
研究和检查换气过程进行的好坏。
6. p-φ展开示功图
计算柴油机指示功率、评估燃烧与扫气过程、 测取压缩终点的压力pc和最高爆发压力pz 、 计算放热率、测定发火角等
第二节
示功图的分析和计算
一、示功图的分析
1．正常示功图的特征
（1）工作过程曲线比较圆滑，曲线过渡处 无锐角或突变形状。 （2）工作过程各主要特性点的数值如最高 爆发压力 pz 、压缩压力 pc 等应符合说明书或 试航报告的规定。 （3）工作过程曲线无异常波动现象。 （4）示功图尾部形状应符合不同扫气形式 的正常轨迹。
杠杆式传动机构
A
A
r /l = R/L
A
2R
A
1N 6R 5N
1R
3N 5R
4R
2N
销锁
3R
4N
4.机械示功器的优缺点及适用范围
由于自振频率低，只适用于转速低于 400r/min的柴油机
5.示功图的测取方法及注意事项：
二、电子示功器
压力传感器
电阻应变式 压电式 电容式 电感式 磁电式
传感器
2）示功图太长
3）示功器小活塞卡紧
4.气缸内工作过程不正常引起的异常示功图
1）燃烧太早
2）燃烧太晚
3）喷油器喷孔部分堵塞
示功图测量
数据零线的数值修正
设定某一时刻的参考压力值，进气下止点后10° 设定某一时刻的参考压力值，进气下止点后10°处 压力为进气管压力，采集结果按此修正。 压力为进气管压力，采集结果按此修正。
pi = p − pref + pset
' i
p’i — 实测的第i点的压力值; 实测的第i点的压力值; pref —选区的参考点位置; 选区的参考点位置; pset —设定的参考压力值; 设定的参考压力值; pi —修正后的第i点的压力值; 修正后的第 点的压力值;
A/D转换器 A/D转换器
先对待测模拟电压Ui 先对待测模拟电压Ui 进行固定时间的积分 ，然后转为对标准电 压进行反向积分， 压进行反向积分，直 至积分输出返回起始 值； 对标准电压积分的时 间T正比于模拟输入电 Ui，输入电压大， 压Ui，输入电压大， 则反向积分时间长。
A/D转换器位数与数据转换精度 A/D转换器位数与数据转换精度
带自动隐零的放大器
这种放大器要求在相应安装传感器的缸处于上 止点的位置安装一触发块和电磁传感器， 止点的位置安装一触发块和电磁传感器，在内 燃机一个工作循环中它产生两个信号， 燃机一个工作循环中它产生两个信号，一个在 该缸的爆发上止点，一个在排气上止点， 该缸的爆发上止点，一个在排气上止点，当信 号出现并且放大器输出小于0.4V时 号出现并且放大器输出小于0.4V时（显然是在 排气线上），其自动复位一次。 ），其自动复位一次 排气线上），其自动复位一次。复位就意味着 将该时刻的压力值强制为零线值。 将该时刻的压力值强制为零线值。 注意零线不要调得太高，高于0.4V， 注意零线不要调得太高，高于0.4V，自动复位 失效。 失效。
角标信号发生器
角标信号发生器产生两组信号： 角标信号发生器产生两组信号：曲轴每 旋转一转产生n个角度脉冲信号， 旋转一转产生n个角度脉冲信号，它将内 燃机每转360°曲柄转角分成n 燃机每转360°曲柄转角分成n份，每两个 脉冲之间为360/n CA夹角 夹角。 脉冲之间为360/n°CA夹角。角标信号用 以直接触发A/D转换器或通知计算机对 以直接触发A/D转换器或通知计算机对 模拟信号进行采集； 模拟信号进行采集；曲轴旋转一转产生 一个同步脉冲信号， 一个同步脉冲信号，表示数据与曲柄位 置的关系。 置的关系。
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2016/7/17
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 压电材料：具有压电效应的晶体称为压电晶体。 可利用的压电晶体很多，作为压电传感器材 料的压电晶体有石英晶体、钛酸钡、锆钛酸 铅等。 由于石英晶体具有机械强度高、使用温 度范围宽等优点，在内燃机测试中应用较广。
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
测量电路
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
特点： 它不存在类似于压电系统的信号直流漂 移、随机零线及工作点漂移问题； 静态标定较容易，一般用的放大器较普 及，工作稳定性好，测量精度较高； 传感器较便宜，但尺寸大、输出小、寿 命短； 由于载波频率的限制，其高频特性稍差。
2016/7/17
四 冲 程 发 动 机 弱 弹 簧 示 功 图
2016/7/17
曲 柄 式 传 动 机 构
2016/7/17
凸 轮 式 传 动 机 构
2016/7/17
机械示功器
机械示功器的优缺点和适用范围 机械示功器由于它利用机械位移方法进行测量， 必然带来机械式测量仪器的固有缺陷，如感受缸内 压力和反映活塞位移部分具有一定的质量（强度要 求），而其弹簧刚度不能太大（灵敏度要求），致 使它的自振频率很低，不适用于高速内燃机，只适 用于低速机和部分中速机（如转速低于400 r/min的内燃机）。 目前，机械示功器在大型低速船用柴油机上被 广泛用作随机测试仪表，供监控柴油机运转使用。
2016/7/17
动态参数采集和处理系统
一、系统组成与原理 动态压力测录方法 连续测量：测录过程是在某一循环中连续进行的，最 终得到的是一条连续变化的压力曲线。 离散测量：称为采样集点法。 1）横向集点法：对应一系列确定的压力值，采集当 缸内被测压力与之相平衡时的曲轴转角(或活塞位 移 )。 2）纵向集点法 ：在一系列曲轴转角下(或对应某些 时刻)，采集相应的压力信号值。
2016/7/17
上死点的测定
一、飞轮上死点标记的确定 千分表直接测定法 在上死点附近，活塞相对曲轴转角的位 移是很小的。要使活塞在上死点附近移动 1/100mm，曲轴必须转动3°左右。用 这种方法直接测定上死点，会有±1°的误 差。 等行程中点法 这种方法的精度可达±0.25°曲轴转角。
示功图的数据采集处理系统原理图
2016/7/17
二、数据采集与转换
转角信号发生器 数据采集一般是根据转角脉冲信号来触发采样。 当内燃机运行时，它产生两路脉冲信号，即曲轴每 转过一定角度产生一个转角脉冲信号和曲轴每转一 圈产生一个基准脉冲信号。 转角脉冲间隔的大小，即角度分辨率，表示了 采样的密度，它对测量及处理的结果有很大影响。 角度分辨率越高，即采样密度越大，相对误差越小， 测量就越准确。 转角脉冲信号的产生常用光电法和磁电法来实 现。角分辨率一般只能做到1°～0.5°。
2016/7/17
二、数据采集与转换
采样及模数转换 电路按转角信号发生器产生的脉冲信号进行采 样，然后将采样值储存在保持电容器上。A/D转 换器将存储电压转换成数字量，存入微机的内存储 器。然后，由微机按编写的程序进行数据处理，由 显示器显出处理结果或图形。在需要数据输出时， 可经打印机或绘图仪打出数据和绘制曲线。采集的 数据也可由微机存入软盘内，以便作进一步计算或 长期保存。
2016/7/17
二、数据采集与转换
采样及模数转换 A/D转换器的功能是将放大器输出的模拟信号 转换成数字信号，以满足输入电子计算机的需要。 A/D转换器有两个重要指标：分辨率和转换速 度。 分辨率用转换成数字量的二进制数的位数来表 示，位数越多，分辨率越高，它的“量化误差”就 越小。但是位数越多，转换速度就要降低，存储容 量也越大。 转换时间是把采样值变成数字量的时间。转换 时间越短，转换速度越高。高转换速度有利于采样 频率的提高。
2016/7/17
三、电容式示功装置
电容式压力传感器
2016/7/17
三、电容式示功装置
测量电路
2016/7/17
四、电子示功装置的特点
1、固有频率高，即具有良好的高频特性，所 以它的频率特性宽，适用于低、中、高速机 使用，测量误差小于1％； 2、电子示功装置灵敏度高，线性好； 3、易受外界干扰影响； 4、与计算机组成一套完整的多参数综合测量 系统，可实现对内燃机的远距离监测、数字 显示及自动控制，完成对内燃机的诊断、趋 向预报等监控技术。
2016/7/17
电子示功装置
压电式示功装置 电阻应变式示功装置 电容式示功装置
2016/7/17
电子示功装置
较完整的内燃机示波图
2016/7/17
电子示功装置
按所采用的传感器进行分类，可分为： 压电式示功装置 电阻应变式示功装置 电容式示功装置
2016/7/17
电子示功装置
2016/7/17
机械示功器
结构和工作原理 机械示功器小活塞和弹簧的选择 示功器传动机构 机械示功器的优缺点和适用范围 示功图的测取方法及注意事项
2016/7/17
机 械 示 功 器
2016/7/17
机械示功器
机械示功器小活塞和弹簧的选择 三套活塞：标号1/1、1/2、1/5。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。 不同刚度的弹簧。
2016/7/17
常 规 的 压 电 石 英 压 力 传 感 器
2016/7/17
一、压电式示功装置
两压电片的联接方式 多晶体组合元件压电传感器
2016/7/17
一、压电式示功装置
利用横向压电效应的压电传感器
2016/7/17
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 特点： 1、固有频率很高，传感器尺寸可以做得很小， 压力传感器外形尺寸已做到Φ5，重量也较 轻、结构简单，这有利于将传感器安装至燃 烧室表面进行无通道压力测量； 2、振动对压电式传感器有显著的影响，尤其 表现在低压测量中，可用附加重块补偿；
2016/7/17
机械示功器
⑷示功器安装后，应先在转筒的记录纸上画出大气压 力线； ⑸测量示功图时轻按画笔尖以防划破记录纸； ⑹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、吃水、船速等，供分 析时参考。 ⑺为准确起见，最好每缸测取2个示功图。当测取5至 6个示功图后，应拆下示功器进行冷却。测量完毕， 应对示功器进行彻底清洁和保养。
2016/7/17
横向集点法
2016/7/17
纵向集点法
2016/7/17
动态参数采集和处理系统
一、系统组成与原理 系统的组成 主要由数据采集器、存贮器、微型计算 机、转角信号发生器、图像显示屏、打印机、 绘图仪及其它记录设备等组成，一般称为内 燃机燃烧分析仪或发动机数据分析系统。
2016/7/17
2016/7/17
机械示功器
示功图的测取方法及注意事项 ⑴使用前应对示功器进行检查和保养，使其可动部分 应有良好的润滑，保证小活塞在气缸内能以自身重 量均匀下滑。当示功器与传动机构之间的距离大于 1.5m时，应选用钢丝软绳； ⑵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；选择适宜的海况和气象条件； ⑶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；
2016/7/17
上死点的测定
活塞上死点是发动机基本参数的相位基 准，在测录示功图时，如何在图上准确地确 定活塞上死点相位，对研究发动机工作过程 和进行试验研究具有重要的意义。如利用示 功图求平均指示压力时，若示功图上的上死 点相位偏差1°CA（曲柄转角），则将在平 均指示压力值产生5%以上的误差。 此外，工作状态时的上死点（动态上死 点）与静态的上死点也存在差异。
示功图测录
机械示功器 电子示功装置 动态参数采集和处理系统 上死点的测定 示功装置的压力标定
2016/7/17
示功图测录
示功图 是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转 角变化的图形，即p-φ或p-V示功图。 示功器或示功装置 测取气缸示功图的仪器。根据其工作原 理不同，示功器可分为机械示功器、气电示 功器和电子示功装置三类。
2016/7/17
一、压电式示功装置
晶体切片电荷符号与受Βιβλιοθήκη 方向关系2016/7/17
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 注意： 在高压测量中，常利用石英晶体的纵向 压电效应，晶体的机械强度高。为使传感器 有较高的灵敏度，多采用并联式的多晶片组 合压电元件。 低压测量利用晶体的横向压电效应，受 压时机械强度较低，但增加晶体切片的长度 与宽度的比值，即可提高灵敏度。
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
应 变 筒 式 压 力 传 感 器
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
应 变 板 式 压 力 传 感 器
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
应变筒式：这种传感器可用于内燃机中较高压 力的测量。 应变板式：传感器灵敏度高，适合于高温低压 方面的压力测量，常用来测量内燃机进、排 气压力及换气过程中的缸内压力。
2016/7/17
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 横向压电效应：沿机械轴（Y—y轴）方向受力 所产生的压电效应 。沿机械轴方向作用有 力FY时，仍在与电轴垂直的平面上产生电荷 qY，它的大小为： q y k31 a Fy
b
式中 a——晶体切片的长度； b——为晶体切片的厚度； k31——横向压电系数。