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1、摘要示功图是研究气缸内工作过程的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，还可以作为柴油机动力计算和强度计算的资料，通过示功图可以对柴油机缸内的得燃烧过程、燃烧放热规律、缸内温度以及柴油机的运行状态进行更为直观、客观的分析。因此在柴油机测试中示功图的测取占有非常重要的地位。本文简单介绍了当今船舶柴油机常见的示功图测录仪器及工作原理，针对“育鲲”轮上简单实用的PMI系统工作原理进行介绍，并对“育鲲”轮某次航行过程中所测得的示功图进行分析。关键字：示功器，PMI系统，示功图，柴油机Abstract The indicator diagram figure is the study of
2、 the working process of the cylinder of the important basis of perfect degree, is also used to calculate the power of diesel engine instructions basis, but also as a diesel engine power calculation and strength calculation of material, through the indicator diagram can on diesel engine cylinder to t
3、he combustion process, in cylinder combustion heat release rules, temperature and the operation of diesel engine state more intuitive, objective analysis. So in diesel engine test the indicator diagram measured occupied a very important position. This article simply introduces the diesel engine comm
4、on indicator diagram measurement instrument and the working principle of record, in view of Yukun simple and practical PMI system introduces the work principle and Yukun a voyage round in the process of the measurement of the damping-displacement figure for analysis.Key words: indicator, PMI system,
5、 the indicator diagram, diesel engine 目录1.船舶示功图测量仪器的简单介绍11.1机械示功器11.2电子示功器22 便携式PMI系统32.2 PMI系统工作原理：42.3 PMI系统工作的优点52.4 PMI的使用方法63 PMI系统的数据采集及计算73.1 PT 示功图83.2 PV示功图93.3 平衡图94 由示功图对主机故障的分析104.1 故障一：爆压高114.1.1爆压高伴有排气温度升高114.1.2爆压高伴有排气温度降低114.1.3爆压高伴有压缩压力升高114.2故障二：爆压低124.2.1爆压低伴有排温高124.2.2爆压低伴有排温低124
6、.2.3爆压低伴有压缩压力下降125 对“育鲲”轮PMI系统应用实例135.1 对实测示功图的分析135.2 示功图反应主机故障的分析14图15 计算机显示的“0-图”145.2.1故障成因145.2.2解决方案及预防措施156 结论16参考文献17致谢18前言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。它通过专门的仪器示功器进行测量。由工程热力学可知，示功图面积大小代表了柴油机气缸内一个工作循环指示功的大小。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，同时还可以作为柴油机动力计算和强度计算的资料。通过示功图可研究缸内的燃烧过程，燃烧放热规律，计
7、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。由于它能以图像形式显示缸内工作过程，而且测试仪器简单实用，因此在柴油机的测试中，示功图的测取占有非常重要的地位。通常，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，保证柴油机能在最佳状态下运转，提高其经济型、动力性和可靠性。1.船舶示功图测量仪器的简单介绍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，示功器可分为机械示功器、气电示功器以及电子示功器三类。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，电子示功
8、器的使用也不断增多。图1为示功器的种类及应用。 图1 示功器的种类及应用1.1机械示功器机械式示功器是一种使用较早的示功器，目前在低速和部分中速柴油机上仍在使用，他是利用机械位移方法测量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，可分为螺旋弹簧式和柱弹簧式两种。两者在结构原理上相同，所不同的是前者使用螺旋形弹簧，后者使用等强度柱形弹簧。以下是机械式示功器的结构和工作原理。机械示功图的具体结构如图2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9、转筒8用来反应柴油机
9、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。当测示功图时，转筒8上夹有示功纸并通过绳索9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，即动筒的弧长代表按比例缩小的活塞行程长度，反应柴油机活塞行程。示功器小活塞5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，由记录机构反应其位移量，即按一定比例反应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正比，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成比例变化，所
10、以记录笔尖在 图2 机械示功器结构图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）。1.2电子示功器随着现代科学技术的迅速发展，利用电子示功装置已十分普遍，尤其在现代柴油机的监控技术中均采用电子示功装置来分析研究柴油机缸内的工作过程。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。他是利用电子技术，通过各种形式（如电阻应变式、压电式、电容和电感式）的传感器吧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入，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。 图3 电子示功器系统方框图柴油机测试中，通常使用压电式或电阻式传
11、感器测量气缸内压力，使用电磁式或光电式曲轴转角发生器反应曲轴转角的变化。在电子示功装置中，压力传感器是一个核心环节，不同的压力传感器决定着不同的测量电路。通常，示功装置按所采用的压力传感器不同进行分类，而且习惯上也多以其传感器命名示功装置。压力传感器一般分为电阻应变式、压电式、电容式、电感式等。所以电子示功装置亦可分为电阻应变式示功装置、压电式示功装置、电容式示功装置和电感式示功装置等。电子示功装置的突出优点是固有频率高，具有良好的高频性能，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
12、、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、点磁场干扰、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。因而，电子示功装置在近代自动化船舶上应用广泛。2 便携式PMI系统图6 为MAN B&W公司生产的用于柴油机气缸压力测量的便携式PMI系统示意图，该系统为轮机员提供了一种程序化的工具以测量和分析气缸压力。便携式
13、PMI系统有随机的包装箱，箱内包括构建系统所需要的全部设备。便携式PMI系统适用的最高柴油机转速为900r/min，适用的压力为022.5MPa。系统的总精度为3%。 这种系统使用的是性能良好的压电式传感器，传感器安装在气缸盖的示功阀上，用于气缸压力的测量。在对各缸测量的过程中，传感器从一个气缸移到另一个气缸通过手动实现，因此传感器只是短时遭受燃烧室恶劣条件的影响，这种方式使其能够可靠稳定的工作。为精确反应整个循环气缸内压力的变化，传感器检测压力必须与柴油机运转同步。为此PMI系统采用了发光信号采集器（LE采集器），它包括一对发光传感器，用于探测固定在柴油机驱动轴上的条纹带所反射的光。LE采集
14、器发出连续的曲轴转角脉冲信号送到连接箱，继而送到便携式PMI控制器。压力传感器也与控制器相连，控制器是系统控制测量的遥控神经中枢。整套设备由外部110V/240V交流电源供电，对给定的柴油机而言，系统一旦经过了最初的安装，再使用时可以很快地连接到柴油机上。只有LE采集器的条纹带需要永久地固定在柴油机上。收集和存储在PMI系统数据库内的气缸压力测量结果在计算机上可以用三种不同的图来显示，即p-图、p-v图和平衡图。p-图是气缸内压力随曲轴转角变化图；p-v图是气缸内压力随相对气缸容积变化的图；平衡图显示各缸的压缩压力、最高爆发压力 和平均指示压力pi。在计算机显示平衡图上时,显示界面上还会给出各
15、缸压力的平均值以及各缸压力与平均值的差值。2.1 PMI系统的组成 MAN B&W 的PMI系统的设计是用来为船舶轮机员提供一种程序化的设备来测量二冲程和四冲程柴油机气缸压力。图4 为便携式PMI系统示意图PMI柴油机汽缸压力测试和检验系统, 它由曲柄转角编码器（CRANKSHAFT ANGLE ENCORDER）、中间频率分隔器（INTERMEDIATE OR FREQUENCY DIVIDER BOX） 系统接线盒（JUNCTION BOX），PMI控制器（PMICONTROLER），压力转换器（PRESSURE TRANSDUCER），变频器（CONVERTER），一台电脑（COMPUT
16、ER）以及PMI应用软件（PMI SYSTEM APPLICATION SOFTWARE）组成。压力传感器接在示功阀上检测气缸内的压力信号，压力传感器与PMI控制器连接，控制器是系统控制测量的遥控神经中枢。压力信号送到接线箱，角度译码器检测到曲轴转角的信号首先送到频率分配器，然后也到接线箱。信号一起送到转换器经过模数转换后在电脑上显示测量的结果。在测量中为了精确地反应整个循环气缸内压力的变化，传感器检测压力必须要与柴油机转速同步。它能准确测试和计算出主机各缸的Pi、Pmax、 Pcom、及主机的总有效功率。提供很有分析价值的图形、列表，提出各缸油泵齿条和VIT齿条的调整参数，以便工况平衡，对主
17、机的工况管理很有帮助。MAN B&W还提供了一份专用的热工参数程序报表(SERVICE DATA), 详细的正确填报后能够给予主机在热工管理方面提出有价值参考.如图4，为便携式PMI系统示意图。2.2 PMI系统工作原理： 压力传感器接在示功阀上检测气缸内的压力信号，压力传感器与PMI控制器连接，控制器。是系统控制测量的遥控神经中枢。压力信号送到接线箱，角度译码器检测到曲轴转角的信号首先送到频率分配器，然后也到接线箱。信号一起送到转换器经过模数转换后在电脑上显示测量的结果。在测量的中为了精确的反映整个循环气缸内压力的变化，传感器检测压力必须要与柴油机运转同步。图5 该PMI系统使用了性能良好的
18、压电式传感器，传感器部分使用时安装在主机气缸盖的示功阀上，用于进行气缸压力测量，传感器需要在测试完一个气缸之后人工手动地移到另一个气缸，传感器只是短时间受到燃烧室恶劣条件的影响，这样保证了稳定而且可靠地测量环境如图5。 为了获得准确的指示压力来描述柴油机每个工作循环气缸内压力的变化，由压力传感器所测出的压力值必须与柴油机同步。为了达到这种目的，PMI系统专门设计用于收集各种曲轴的数据，例如。 角度译码器：角度译码器是通过弹性联轴器固定在曲轴上的一个密封的单元，他包含了一个外部驱动装置，光学编码盘，安装在内部光源和检测器之间。 LE数据采集 是由一对光线发射感应装置组成，来感应安装在柴油机驱动轴
19、上的条纹带上反射来的光线。 PD数据采集 是由一对临近的感应采集的探测器组成，探测器可以感应曲轴上止点的标记和安装在曲轴尾部的齿轮的转动。 图6 接线盒和角度译码器和频率分配箱2.3 PMI系统工作的优点1 使用简单方便并且只需要单人操作2 具有灵敏可靠的压力传感器和PMI控制单元作为保障3 通用触发系统，通过采集的不通数据(角度译码器，光线发射器，接近的可用数据)来检测曲轴的角度/转速。它会产生大量曲轴的角度/位置脉冲来得到理想的精确性。并且不涉及到频率的增加。4 迅速而且可靠地数据结果，一整套测量过程的时间不超过10分钟5 与传统的示功仪器相比有更好的精确度，并包括柴油机其他的计算机化的系
20、统的测量。6 使用了一个标准的可兼容PC，并不需要复杂的计算机使用技能。2.4 PMI的使用方法在集控室内：1 打开计算机，双击图标，启动PMI程序。2 打开PMI程序检查主窗口标题栏上显示的主机名称。3 在工具栏上选择“communicate on”检查PMI系统的联系，检查结果可以被忽略，因为PMI控制器尚未连接。连接完毕，开始对话框中状态现上将闪烁红色标记，一段时间后红色变绿色，表明系统准备完毕。如果还没接好，则把压力传感器接到PMI控制器上再把PMI控制器接到接线箱上。4 在视图栏中选择Measure State，此时电脑屏幕上会显示一系列的灰色表框，每个框对应一个气缸，当其中一个完成
21、测试时，框的颜色由灰变绿。直到完成各个缸的测试。在机旁：图7 示功器上的指示灯1 将示功器的数据线连接到接线盒上，观察电源指示的绿灯是否已亮，如图 7。2 按下PMI控制器上的绿色开始按钮Start Ready开始测量，当绿色开始按钮再次闪烁的时候表明测量完成。3 迅速关闭示功阀，取下压力传感器，安装到下一个待测的示功阀上。4 重复以上的步骤，直到测完全部的气缸。5 测量完毕后回到集控室电脑按下ESC或者在工具菜单中选择停止测量，或者也可以把PMI控制器从接线盒上卸下停止测量。如果想先不返回集控室二继续进行其他的测量方法，这种方式简单有效。但是这样做需要卸下控制器再等至少10秒以上才能重新接上
22、控制器。6 停止测量后系统自动把数据存储在PMI数据库当中。在实地操作中，有几个注意事项：1 示功图的测量要在油门拉杆先对稳定的情况下进行测量，在海况恶劣条件下会严重影响测量精度。2 在示功器上安装压力传感器之前要先打开示功阀，吹走管路中的灰尘，防止影响传感器的测量精度。3 当绿色开始按钮开始闪烁是，要迅速关闭示功阀，这样既能保证测量的准确性，还能防止压力传感器长时间受到恶劣条件的损害。4 移走压力传感器之前要确认示功阀已经关闭，以免高温气体灼伤工作人员。3 PMI系统的数据采集及计算 测得的气缸内压力的数据被收集和保存到PMI系统的数据库并且可以从相连的计算机上看到三种不同模式的图表。即PT
23、图、PV图、平衡图，如图 8。图8 PMI系统PT图在PT图中，每一条曲线都展示了柴油机完整的工作循环，即压力对应的曲轴转角。PT图也以上止点作为参照以便于与其他的调表进行对比。 对于PT图，气缸内的压力对应气缸的相对容积，而在平均值图中，压缩压力，最高爆发压力和平均值是压力在图表中都被显示出来。PT图和PV图都有一个工具栏，可以开关显示栏，空格和曲线代表每一个气缸。 除了可以用曲线图来表示测量值之外，还可以通过列表来获得二冲程和四冲程柴油机压缩压力，最高爆压，扫气压力和主机转速等数据信息，除此之外还可以显示二冲程柴油机的平均值是压力和有效压力。PMI系统还能够根据测得的数据来计算VIT,垫片
24、和主机高压油泵的调整方法。通过这些数据可以知道各缸都需要如何进行调整来保证各缸工作的均衡性。3.1 PT 示功图当点击“开启测量”的按钮时会立即得到一个PT示功图，并且可以通过工具栏上的选项选择任意一个气缸的PT示功图进行观察。一个PT示功图可以根据测出的数据同时表示24个气缸的压力曲线。该曲线以上止点作为对照，以便能够对各缸所绘出的曲线进行统一的对比。为了便于区分，每条曲线都标注了不同的颜色。PT图有一个工具栏，位于PT示功图的右侧，工具栏是用来打开或者关闭示功图上各种不同的工具。例如，点击各个缸的按钮可以再示功图上显示对应的示功图，当吧鼠标放在工具栏上，会显示各个按钮的作用。PT示功图中，
25、P表示缸内气体压力，T表示曲轴转角，该示功图可以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和压缩压力，计算放热率，测定发火角等（如图所示曲线的第一个拐角即为该缸的发火角）。是分析研究柴油机过程常用的一种示功图,如图 9。图9 PMI系统PT图3.2 PV示功图且PV示功图表示的是柴油机气缸内一个完整的工作循环，这种示功图既能定性又能定量地显示气缸内工作过程的实际情况，因而是研究柴油机内部工作过程不可缺少的重要依据。并且可以根据该示功图计算出柴油机每个循环所做的功和功率，如图10、11。在PV图上，活塞行程所扫过的体积为v，该体积所做的功为a，可得公式a=Pv在气缸内，膨
26、胀做功，压缩耗功，两者之间的差即为柴油机单缸完成一个工作循环所做的功，即a=pv图 10因为=可得T= 图 11 由该公式可以计算出活塞在缸套内各处的燃烧时温度，为各缸工作状况提供了重要数据。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，这种误差值会较大，因此，在测量过程中要特别注意工况的稳定性，并慎重对待所测量的结果，尽量避免误差。3.3 平衡图平衡图是通过集成各缸的压缩压力，最高爆发压力和平均指示压力值进行平均值运算并与该平均值进行比较，以条形图的方式显示出来，从而得到更为直观的数据，如图 12。图 12 PMI系统条形图4 由示功图对主机故障的分析 柴油机作为动力装置
27、。柴油机燃烧不良，危害有三，增加耗油率降低经济性，超负荷（包括热负荷和机械负荷）损坏设备，排气增大污染环境甚至超过排放标准被港口国滞留。保持柴油机燃油良好燃烧是轮机人员的职责。 柴油机示功图，除计算功率外，还可以显示柴油机燃油燃烧过程。比较实测示功图与正常示功图，参照柴油机主要特性参数，可判断柴油机故障点，以便及时合理调整和检修，确保柴油机安全可靠、经济。从柴油机示功图和主要特性参数分析缸内燃烧情况，指出可能的故障点。正常示功图，工作过程曲线圆滑，无异常波动，无过度锐角和突变，压缩压力和爆压与说明书规定数值一致。正常示功图的特点：a.曲线比较圆滑，过渡处无锐角或突变形状。b.主要特性点的数据如
28、压缩压力平Pc，最高爆发压力Pz应符合说明书。C。曲线无异常波动现象。d. 示功图尾部形状应符合不同扫气形式的正常轨迹，在调节后，各缸热力参数的不均匀度应满足：工作参数 不均匀度%压缩压力 +3最高爆发压力 +5平均指示压力 +5排气温度Tr +5 (中高速增压微8%) 2.不均匀度=10%异常示功图，指柴油机故障生成的示功图，可分别按爆压高和爆压低分析。4.1 故障一：爆压高爆压高，指爆炸压力高出正常值。4.1.1爆压高伴有排气温度升高 爆炸压力高出正常值，膨胀线也比正常高，且伴有排气温度升高，可判断是喷油量增加，做功增多，即主机超负荷，检查高压油泵齿条可见刻度指示过大，故障点通常在：（1）
29、燃油发热值增加。（2）调速器输出过大。(3)油门控制杆连接松动导致长度变化。(4)油门控制杆或油泵齿条卡在大油量位置，等。4.1.2爆压高伴有排气温度降低若爆炸压力偏高，同时伴有排气温度降低，示功图显示燃烧过程曲线过早离开压缩曲线，膨胀过程曲线比正常曲线偏低，可判断是喷油定时过早且喷油量不增加。（1）喷油定时过早：上止点前燃油已喷入气缸，单缸内压力和温度尚低不能点燃燃油，油雾积存在缸内；当活塞上行到接近上死点时，缸内压力和温度升高，较多燃油同时燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴引起振动和敲击，示功图显示燃烧过程曲线过早离开压缩曲线，压力峰值前移。（2） 喷油量不增加，大部分燃油在上死点附近
30、燃烧完毕，后燃减少，示功图显示膨胀线偏低，排气温度也比正常低。（3）喷油定时过早且喷油量不增加，故障点通常在：1）高压油泵喷油定时提前，尤其是回油阀调节式高压油泵。或2）喷油器启阀压力即喷油压力过低（例如油头弹簧断裂）。4.1.3爆压高伴有压缩压力升高压缩压力高，有几种可能：(1)减少缸头垫片或增加连杆大端垫片，致使气缸余隙过小，压缩压力升高，导致爆炸压力偏高。但是减少缸头垫片或增加连杆大端垫片，都是为了调整气缸余隙即调整压缩压力，一般都经过计算，压缩压力不会过高。(2)换新缸套、活塞和活塞环，增加了气缸密性，导致压缩压力增加，导致爆炸压力升高。但是换新缸套、活塞和活塞环，只能恢复气缸气密程度
31、，压缩压力不会高出设计值，当然也不会导致爆炸压力过高。(3) 扫气温度（含海水温度）过高，压缩压力可能高出设计值导致爆炸压力过高，等。所以，爆炸压力高于正常值且伴有压缩压力高，主要是扫气温度（含海水温度）过高所致。4.2故障二：爆压低爆压低，指爆炸压力低于正常值。4.2.1爆压低伴有排温高 爆压降低伴有排温高，示功图显示压缩与膨胀曲线有明显分界点，压力曲线高度偏低，最高压力滞后，膨胀过程曲线高于正常位置，这种情况，多因喷油太迟，燃烧过程滞后引起，故障点可能是：(1) 单位时间喷油量减少，例如油泵柱塞偶件磨损漏油，或燃油凸轮和传动机构磨损，或油头喷孔结碳堵塞延长喷油时间引起后燃。示功图显示，喷油
32、定时无明显变化但最高压力偏低，且排气温度升高。(2) 油头雾化不良（漏油），膨胀过程中积在缸内的燃油燃烧引起后燃使缸内压力和温度比正常高。示功图现示最高压力偏低，膨胀曲线高于正常曲线且有小锯齿状波动。(3) 喷油压力太高致使针阀跳动造成多次重复喷射。示功图显示膨胀曲线前段呈不平滑波浪形。(4) 雾化形状与燃烧室不匹配，油雾喷到气缸壁或活塞上，恶化并延长燃烧过程。示功图显示膨胀曲线高于正常位置。4.2.2爆压低伴有排温低示功图“矮小”，最高压力偏低，膨胀曲线偏低，压缩曲线和膨胀曲线有明显的压力波动，且排温低，功率不足（如图5所示，图中虚线表示正常值）。某一（些）气缸低转速时还可能表现为转速不稳定
33、，原因可能是，气缸供油不够或进气不足。1气缸供油不足，原因可能有：(1)柴油机供油系统故障（滤器堵塞、供油泵故障、油泵的油门齿条卡死等）(2)高压油泵柱塞偶件过度磨损，(3)出油阀关闭不严，等。2气缸进气不足，原因可能有：(1)气缸过度磨损，(2)活塞环咬死在槽内失效，(3)排气阀严重泄漏，(4)增压器故障，(5)空冷器堵塞，等。4.2.3爆压低伴有压缩压力下降若爆压下降的同时压缩压力下降，且排温升高，则是扫气压力太低供气不足，导致燃烧恶化。故障点可能是：(1)气口堵塞；(2)增压系统故障；(3)活塞杆填料函失效；排气阀关闭不严；(4)活塞环咬死或磨损过大；(5)缸套磨损超极限；(6)塞顶严重
34、烧蚀，等。5 对“育鲲”轮PMI系统应用实例 2012年3月15日，协助“育鲲”轮大管轮通过PMI系统测试主机示功图，来检测柴油机的运行状况。测试的前提是船舶所处海况比较好，油门拉杆的变动幅度要尽量的小，从而保证测试的精度。5.1 对实测示功图的分析 示功图分析是把所测的示功图与柴油机正常示功图进行比较，找出它们之间的差别，判断柴油机工作过程的优劣以及产生偏差的原因，以进行必要的调整，使柴油机保持在良好的技术状态下运行。正常示功图是在柴油机技术良好时测取的，通常由柴油机说明书或试航报告提供。正常示功图有以下特征：工作过程曲线比较圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状。工作过程各主要特性点的数值，如最
35、高爆发压力、压缩压力等应符合说明书或试航报告的规定。工作过程曲线无异常波动现象。示功图尾部形状应符合不同的扫气形式的正常轨迹，如图13所示。 图13 实测示功图 PT示功图和PV示功图图像光滑平缓，未出现突变以及各缸图形差别较大的情况，可知柴油机运行正常无波动。图14 PMI系统计算机显示数据5.2 示功图反应主机故障的分析 如图15，在计算机上显示的“0-图”上可以很直观地看到，柴油机的2号缸和5号缸的指示压力、压缩压力、有效功率均小于其余四个缸，并且5号缸的偏差最大，数据均小于各缸的平均值，爆发压力低将使柴油机的经济性下降，耗油率上升。面对这种情况，就需要采取措施进行调整，现就5号缸出现的
36、问题进行分析。图15 计算机显示的“0-图”5.2.1故障成因由主机5号缸机旁温度、压力计可知该缸的爆压低，排烟温度高，即出现燃油喷射滞后或者雾化不良等现象，说明主要问题集中在两个方面上，（1）高压油泵方面，“育鲲”轮的高压油泵为柱塞泵，它的作用除了产生喷射高压外，还有对供油量的定时与定量。其定时供油由凸轮轴上的凸轮安装位置控制，凸轮轴与柴油机曲轴的传动相位确定了整机各喷油泵的供油定时；喷油泵的定量供油取决于柱塞上行时有效供油行程的大小。此有效行程的大小可在柱塞的上行行程中借助于调节机构使一部分燃油回油，流回低压空间加以调节。随后对5号缸的高压油泵和喷油器进行了拆解和清洗，并逐一对柱塞与套筒（
37、称柱塞偶件）、凸轮与滚轮、进油阀和出油阀以及调节机构和喷油器的喷射压力等逐一进行细致的检查，最后发现，高压油泵柱塞偶件的配合间隙变大，并且柱塞上有很明显的划痕，导致燃油泄漏，供油压力不足，喷油滞后。（2）喷油器方面，启阀压力是喷油器开始喷射时的最低喷射压力，对雾化质量影响很大。所有柴油机说明书中都规定了喷油器的启阀压力，对不同形式的柴油机其值一般在2035MPa。喷油器长期使用后，启阀压力可能因调节螺钉松动、弹簧松弛、折断或卡滞、顶杆与针阀磨损或卡滞等原因而变动，因此必须经常进行检查。检查所用设备是喷油器雾化试验台。检查是在试验设备（油泵、油管、接头等）密封良好的前提下进行的。随后对喷油油头进
38、行了拆解，喷油器内能够上下移动的柱塞上方的弹簧断裂，弹簧调节垫片穴蚀严重，原本完整的弹簧垫片均被穴蚀了将近1/4左右。导致在进行起阀压力实验室，很难建立喷射压力，油头喷嘴一直砸滴漏而不能形成有效的喷射。 如图所示，图16为进行起阀压力实验，该喷油器实际的起阀压力是350bar，在泵压后，当压力达到200bar的时候有空便开始滴漏，继续泵压，压力表指针不能上升，图17可见喷油器喷嘴的雾化状况，燃油仅仅是以流注状喷出，而没有产生雾化，说明该喷油器的起阀压力过低，雾化效果差，根据起阀压力试验后，明确了故障方向，便对喷油器主题进行拆解，拆解后发现调压弹簧发生断裂，如图19，弹簧下部的调节垫片穴蚀严重，
39、如图18。5.2.2解决方案及预防措施 作为高压油泵的核心部件柱塞、套筒偶件，由于工作环境恶劣（高温及经受各种品质燃油）和密封要求高（高压），所以在管理方面要额外注意。（1）可以使各制造商在材料、加工工艺等方面精益求精，提高柱塞表面金属的耐磨程度。（2）除了认真做好燃油的规范取样和正确储存外，还应尽可能做好燃油的分滤工作，把好燃油进入主机前的重要关口，分油操作要切实有效，降低进机燃油粘度，滤器不应有破损，并进场更换清洗，尽可能减少进入高压油泵的硫分和机械杂质的含量。（3）认真检查各缸高压油泵的运行状况，包括各缸功率，压力和温度变化及是否漏油，凸轮轴滑油是否被燃油污染等，有计划地定期拆检各缸高压
40、油泵，及时更换老化偶件，并将每次检查结果详细记录（4）喷油器长期使用后，启阀压力可能因调节螺钉松动、弹簧松弛、折断或卡滞、 顶杆与针阀磨损或卡滞等原因而变动，因此必须经常进行检查。发现有穴蚀缺损或者变薄的垫片，折断的弹簧要及时更换。（5）定期地在主机运行期间进行示功图测量，注意观察各缸的工作情况，并及时排除故障。6 结论本文对“育鲲”轮上实际使用的PMI系统进行了研究，对该系统的组成，工作原理，以及如何分析示功图进行了介绍。同时根据在“育鲲”轮上利用PMI实际测量的一次经历，探讨通过对示功图的分析所能反映出的主机燃油喷射系统的故障问题。依据老师的指导和自我学习，对主机燃油喷射系统进行了故障排查
41、，并将故障中心集中在高压油泵由于磨损泄露和喷油器由于弹簧断裂导致的滴漏。事实证明，PMI系统是一套简便、实用、易操作的系统设备，能够准确地反映主机工况，应该得到轮机员的重视。在实际操作过程中，示功器的安装，运行锻炼了实践操作能力；示功图分析，故障排查锻炼的发现问题，分析问题，解决问题的系统思路，得到了很大的锻炼。 参考文献1Off-line PMI Pressure Analyzer Users Guide MAN B&W Diesel 2Off-line PMI Pressure Analyzer Installation GuideMAN B&W Diesel3李斌.船舶柴油机.大连：大连海事大学出版社.2008.4李世臣.海上轮机实习.大连：大连海事大学出版社.2010.致谢 衷心感谢轮机工程学院各位老师和同学，给予了我极大的鼓励和帮助，在学习上给予了我严谨、耐心的指导和帮助。同时感谢在“育鲲”轮毕业实习期间，各位轮机员老师在学习和生活上给予了我亲切，热情的关怀，老师们渊博的知识，谦逊、严谨的治学精神，一丝不苟的工作态度以及正直的为人之道，都将使我受益终身，并始终激励着我刻苦努力，不断进步。在此，向各位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。作者在完成论文期间，参考了大量的文献、资料，在此也向本书所参阅，引用有关资料的国内外作者，致以谢忱。
