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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-Φ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（）。A．P-V转角示功图B．梳形示功图C．弱弹簧示功图D．P-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D．P-V示功图C5.使用机械示功器可测取的示功图有（）。Ⅰ.P－V示功图Ⅱ.P－V转角示功图Ⅲ.P－Φ示功图Ⅳ.弱弹簧示功图Ⅴ.梳形图A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤD．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤA6.在未使用示功器传动机构的情况下，可测取（）。A．梳形示功图B．P-V示功图C．纯压缩线图D．P-V转角示功图考点2：各种示功图的用途171．P-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。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10％～15%，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。2．P-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。6．P-Φ展开示功图用电子示功器可测取P-Φ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，Φ表示曲轴转角。p-Φ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.为了判断柴油机各缸间的负荷均匀性，应测取（）。A．P-V转角示功图B．梳形示功图C．手拉示功图D．P-V示功图D2.能用来计算柴油机的功率的是（）。A．P-V转角示功图B．梳形示功图C．弱弹簧示功图D．P-V示功图C3.一般用来研究柴油机的换气过程的是（）。A．P-V转角示功图B．梳形示功图C．弱弹簧示功图D．P-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（）。A．P-Φ示功图B．P-V示功图C．P-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C．P-V转角示功图D．P-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．梳形示功图B．弱弹簧示功图C．P-V转角示功图D．P-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（）。Ⅰ.调整各缸压缩比Ⅱ.平衡各缸最大爆发压力Ⅲ.测量各缸压缩压力Ⅳ.分析燃烧过程情况A．Ⅰ＋ⅡB．Ⅰ＋ⅢC．Ⅱ＋ⅢD．Ⅱ＋ⅣB9.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-Φ展开示功图可以（）。Ⅰ.计算平均指示压力Ⅱ.分析研究换气过程Ⅲ.测取滞燃期和压力升高率Ⅳ.分析燃烧放热规律A．Ⅰ＋ⅡB．Ⅰ＋ⅢC．Ⅱ＋ⅢD．Ⅱ＋ⅣC11.可用于柴油机功率计算的示功图有（）。Ⅰ.P-V示功图Ⅱ.P-V转角示功图Ⅲ.梳形示功图Ⅳ.手拉示功图Ⅴ.P-Φ展开示功图Ⅵ.弱弹簧示功图A．Ⅰ＋ⅢB．Ⅱ＋ⅥC．Ⅰ＋ⅤD．Ⅳ＋ⅥC12.可测柴油机最高燃烧压力的示功图有（）。Ⅰ.P-V示功图Ⅱ.P-V转角示功图Ⅲ.梳形示功图Ⅳ.纯压缩示功图Ⅴ.P-Φ展开示功图Ⅵ.弱弹簧示功图A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅴ＋ⅥC．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤD．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥD13.可分析燃烧过程的示功图有（）。Ⅰ.P-V示功图Ⅱ.P-V转角示功图Ⅲ.梳形示功图Ⅳ.手拉示功图Ⅴ.P-Φ展开示功图Ⅵ.弱弹簧示功图A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅣB．Ⅱ＋Ⅴ＋ⅥC．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤD．Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC14.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（）。A．P-Φ展开示功图B．手拉展开示功图C．P-V示功图D．P-V转角示功图A16.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（）。Ⅰ.测量气缸压缩压力Ⅱ.检查示功器传动机构的同步性Ⅲ.确定上止点位置Ⅳ.计算指示功率A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅣC．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ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211．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20．27mm）、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，它表示缸内压力每变化1MPa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、3mm/MPa4.0、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油机活塞行程的1/5～1/20，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：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。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；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/L＝r/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700～1000r/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B．P－V示功图和P－Φ示功图都可用于计算柴油机功率C．P－V示功图可测取压缩压力和分析柴油机燃烧过程D．P－V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