如何分析示工图
示功图分析是把所测取的示功图与柴油机的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。
一、正常示功图的特征
正常示功图是在柴油机技术状态良好时测取的，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：
（1）工作工程曲线比较圆滑，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的扫气形式的正常轨迹。
图10-4中绘出了二冲程柴油机正常示功图 基本形状，也指出了各特性点在各种示功图上的相互关系。图中b表示在不同负荷下示功图形状的肥瘦，因此宽度b大致反映了功率的大小。在缺少正常示功图的情况下，可根据上述各点并参照试航报告所规定的各主要热力参数值进行比较。若发现示功图上的某些热力参数不正常，必须查明原因，根据说明书上的要求进行调整。在调整之后，各缸有关热力参数的不均匀度应满足如下要求：
在定期测取的示功图中，除正常示功图外，还会出现一些畸形示功图。这些畸形图可能因柴油机工作过程不正常引起的，也可能由于示功器本身或使用不当等原因引起的，所以应对畸形图进行具体分析，找出造成畸形的原因。
二、示功器传动机构不正常引起的畸形示功图
示功器传动机构因安装不正确、零件磨损等原因会造成示功器转筒的运动与柴油机活塞运动不相一致，歪曲了气缸内的压力与行程的相应关系，产生畸形示功图。
1．示功器传动机构定时超前
示功器传动机构定时超前是指当柴油机活塞位于上止点前的某一角度时，传动机构带动示功器转筒已到达上止点位置，因而示功器画笔把活塞在上止点的某一角度时气缸的压力画到了示功图的上止点位置。这样就使示功图发生畸形，使压缩线较正常线偏低。同理，在上止点后由于示功图上某点所记录的压力值是其前一曲轴转角缸内的压力值，而使膨胀线比正常线偏高，由此使示功图变胖。
如图10-5、10-6中所示，虚线为正常示功图，实线为传动机构超前5ºCA时的示功图。此畸形图的主要特点是：压缩线低于正常示功图，膨胀线高于正常示功图，整个示功图变胖。传动机构超前的角度越大，示功图就越肥胖。显然用此图计算的功率明显增大。
2．示功器传动机构定时滞后
传动机构定时滞后是指当柴油机活塞位于上止点后的某一角度时，传动机构才带着示功器转筒到达上止点位置，因而示功器画笔把活塞在上止点后的某一角度时气缸的压力画到了示功图的上止点位置，使示功图发生畸形。图10-7中虚线为正常示功图，实线为传动机构滞后5ºCA时的示功图。从图中可知此畸形图的主要特点是：压缩线高于正常示功图，膨胀线低于正常示功图，整个示功图变瘦。滞后角度越大，畸形图越瘦。
实践证明，传动机构定时超前或滞后对示功图形状影响极大。一般每相差1ºCA，气缸平均指示压力pi相差5.5%。当发现示功图出现上述差异时，应判断是否由于传动机构定时所引起的。此时，可采用纯压缩线判断法：用单缸停油的办法测取纯压缩图。正常情况下，纯压缩线与膨胀线基本重合，如图8-2-4（a）所示，这表示传动机构与柴油机同步。若传动机构定时超前（或滞后），则膨胀线与压缩线分离。传动机构定时超前时，膨胀线在上，压缩线在下，如图8-2-4（b）所示；传动机构定时滞后时膨胀线在下，压缩线在上，如图8-2-4（c）所示。
当证实不同步现象出现时，应对传动机构进行调整，使它的运动与活塞完全同步。为此，可通过盘车校正传动机构使之与活塞的上、下止点同步，如校正传动凸轮的安装位置和曲柄连杆式传动机构刻度盘的安装位置等。
三、示功器故障引起的畸形示功图
示功器可因如下几个原因引起畸形示功图。
1．示功器转筒绳索太长或太短
如果示功器的传动方向是在膨胀行程时使转筒弹簧拉紧，而在压缩行程时使转筒弹簧放松，则绳索太长或太短时示功图出现下列情况：
如绳索太长，在传动机构上行至距上止点尚有一定角度时，转筒已到达极端位置不再转动，绳索开始松动，一直到当传动机构由上止点下行到某一角度绳索张紧时，转筒才开始转动。在绳索松动期间，转筒不转动，因此只是画笔上下运动，画出的图形是一条直线，致使示功图头部被切去一部分，示功图变短，如图10-18所示。
如绳索太短，传动机构在下止点前就将转筒弹簧拉紧，在传动机构继续下行时，转筒已经不动，只是画笔上下运动，画出一条直线，把示功图尾部切去一部分，示功图的长度减短，如图10-19所示。在严重情况下还可能将绳索拉断或将转筒拉坏。
如果改变示功器的传动方向，则示功图的上、下止点将彼此变更。此时绳索太长则切去示功图的尾部；绳索太短则切去示功图的头部。因此，在发现示功图头部或尾部被切后，应按具体情况分析判断和调整。
在使用中，由此种故障产生的畸形图形有时较难判断（尤其在示功图尾部缺少时），此时可用检查各缸示功图的长度加以判断，应保证各缸示功图的长度一致。
2．示功图太长
示功图太长的原因可能是示功器弹簧太软、示功器转筒的惯性作用和示功器机构中间隙大等造成的，如图8-2-7所示。
3．示功器小活塞卡紧
当示功器的小气缸润滑不良或有结炭时，小活塞容易产生卡紧现象。此时，在压缩过程中，由于小活塞出现卡紧，阻力增加，使画笔画出的压力比正常值低（由于阻力抵消了部分气体作用力），因而示功图压缩线降低。又由于小活塞受到的阻力是不规则的，时大时小，致使压缩线出现波动现象。在膨胀过程中，由于阻力方向与压缩过程时相比方向相反，使得画笔画出的压力比正常值大（由于阻力增加相当于增大气体作用力），因而示功图膨胀线升高，同样也出现波动现象。如图10-21所示，示功器小活塞卡紧，示功图曲线波动，压缩线降低，膨胀线升高，最高燃烧压力降低。压缩线的长度的相当大的部分与大气压力线平行。此时所测取的手拉示功图也有类似波动现象。图中虚线为正常示功图。
四、气缸内工作过程不正常引起的畸形示功图
当出现畸形示功图时，应首先判断它是否是由示功器使用不当或其传动机构不当引起的。在通常情况下，只要将示功器及其传动机构调整好且管理维护得当，上述故障是可避免的。畸形示功图主要是由于柴油机缸内工作过程不正常引起的。所以对于这种原因引起的畸形示功图进行分析与判断，是调整柴油机的重要依据。当然，柴油机的运行参数如油门开度、转速、排气温度、冷却水温度、滑油温度等，都不同程度地反映着气缸内的工作情况，所以分析示功图时还必须参照柴油机的运行参数。
引起柴油机工作过程不正常的因素很多，无法一一列举，以下分析在运行管理中常见的畸形示功图特点。
1．燃烧太早
燃烧太早的p-V示功图和转角示功图，如图10-22所示，虚线表示正常示功图。这种示功图与正常示功图比较，有以下几个特点：最高燃烧压力pz增大，高于正常值，压力上升曲线陡削，示功图头部变瘦；燃烧曲线过早地脱离压缩曲线，发火点提前；膨胀曲线降低（排气温度下降）。
燃烧太早的主要原因是由于大部分燃油在上止点前喷入气缸燃烧，后燃减少之故。一般是喷油正时提前，喷油器启阀压力降低等。另外，当由劣质燃油改用优质燃油而未调整（减小）喷油正时时也会产生燃烧太早的现象。由柴油机燃烧分析可知，燃烧太早将会增加柴油机的机械负荷，严重时会使气缸内发生爆燃，引起燃烧敲缸，危及气缸正常工作，故需及时加以调整。
2．燃烧太晚
燃烧太晚的p-V示功图和转角示功图如图10-23所示（图中虚线为正常示功图）。它与正常示功图比较有以下特点：最高燃烧压力pz明显降低，即示功图高度下降；示功图头部圆滑，发火点后移，甚至发生在上止点后，表示燃烧后移；膨胀线较正常示功图高。
燃烧太晚的原因通常有喷油正时滞后，喷油器启阀压力过高，改用劣质燃油又未调整（增大）喷油正时，喷油泵漏油，喷油器漏泄及缝隙式滤器部分堵塞等。以上原因虽然都会使燃烧变晚，但又各有不同。
3．喷油器漏油
喷油器阀座漏油时，由于燃油压力低，使燃油雾化不良，油气混合不佳，造成燃烧延后，排气温度升高。这种示功图的最高燃烧压力下降并重复上升多次，如图10-24所示。膨胀线高，且呈锯齿形，锯齿向上。这种锯齿形与示功器小活塞运动受阻时的畸形示功图看起来似乎有些相似，其实有所区别。示功图小活塞运动受阻时示功图面积增大，膨胀线较高，而且是不规则地下降并呈阶梯形波动。喷油器漏油则示功图呈向上锯齿形波动，示功图面积减小。
4．喷油泵漏油
如喷油泵柱塞因过分磨损漏油时，一方面会使泵油压力下降，从而使喷油延后造成后燃，会使排气温度升高；另一方面由于泵油期间漏油，使得喷入气缸中的油量减少，会造成功率明显下降，排气温度降低。实践证明上述两方面综合起来，后者影响大，最终使排气温度降低，如图10-25所示。
5．喷油器喷孔部分堵塞
当喷孔部分堵塞时，由于喷孔流通面积减少、流阻增大、单位时间喷油量减少，使总的喷油时间拖长，出现后燃。其示功图与燃烧太晚畸形示功图相似。但由于高压油管中的压力急剧升高，会发生重复喷射，膨胀线会产生波动，如图10-26所示。这种示功图的特点是最高燃烧压力pz降低，膨胀曲线升高，示功图头部的膨胀曲线出现波动。但由于喷油正时未变，发火点也基本不变，这是区别于燃烧太晚示功图的主要依据。
在喷孔部分堵塞的情况下，有时会在喷油泵泵油初期产生冲击和振动，如果用手触摸高压油管，可感到明显的脉动过重并伴随有油管发热的现象。这些特征有助于分析示功图。
6．气缸内空气量不足
气缸内空气量不足时的示功图如图10-27所示。它与正常示功图比较有以下特点：最高燃烧压力pz和压缩压力pc都降低；膨胀线与压缩线均降低，有时可能出现波动；示功图面积减小，指示功率降低，排气温度升高。
气缸内空气量不足的原因一般是气缸漏气，如活塞环漏气、排气阀漏气等；扫气空气供应不足，如气口堵塞，增压器进气滤器堵塞，中冷器堵塞，增压器污染等；排气系统受阻；环境状态如大气压力和环境温度变化。
扫气压力偏低使压缩压力pc降低，气缸漏气、活塞顶烧损等气缸机件故障也使压缩压力pc降低。究竟是哪一方面的原因，可通过计算绝对压缩压力与绝对扫气压力之比值并与试航报告标准值比较来进行判断。
pc（修正后）偏低的原因：
①扫气压力偏低
②气缸机件故障：
a）活塞环漏气
b）排气阀烧损（低速运转时有可能能听到咝咝声）
c）排气阀正时不准确
d）活塞顶烧损
e）气缸套磨损
区别pc偏低的原因是扫气压力偏低还是气缸机件故障的依据：绝对压缩压力与绝对扫气压力之比值，对一台既定的柴油机在绝大部分功率范围内是一个恒量。
实例：
试航时测得：
大气压力0.1MPa、扫气压力0.137MPa
某缸（或各缸平均）pc值 8.9MPa
所以，比值为(8.9+0.1)/(0.137+0.1)=38
运行时测得：
大气压力0.102MPa、扫气压力0.112MPa
某缸（或各缸平均）pc值 7.6MPa
所以，绝对扫气压力为0.112MPa+0.102MPa=0.214MPa
可算出绝对压缩压力应为38×0.214MPa=8.13MPa
所以，压缩压力应为8.13MPa-0.102MPa=8.03MPa
8.03MPa与7.6MPa之间的差值（0.43MPa），即可能是由于机件故障引起的。
7．扫气过程不正常
在二冲程柴油机中，气口可能由于燃烧不良而发生堵塞现象。此时将引起进、排气受阻，降低了缸内的充气量，结果使新气减少造成燃烧不完全，引起与燃烧太晚相似的畸形示功图。在测取p-V示功图时，由于示功弹簧的选择主要是为了满足最高爆发压力的要求，而使示功弹簧较硬（弹簧比例较小），进、排气过程几乎重合成一条线，由此图很难判断进、排气压力变化的情况。要分析扫气过程的进行情况，需使用弱弹簧示功图。图10-28和图10-29为MAN K7Z70/120型二冲程柴油机在转速n=125r/min时测得的工作过程不正常时的弱弹簧示功图。在上述条件时，正常的弱弹簧示功图的扫气压力为42kPa，压缩始点压力为35kPa，如图8-1-12（b）所示。
当扫气口开启时，缸内压力基本降至扫气压力。从图8-2-15中可看出，压缩始点的压力过低，仅为30kPa，同时下止点时缸内压力也较低，仅为35kPa，表明扫气口部分堵塞，气缸进气量减少。从图8-2-16中可以看到，排气开始点滞后，扫气口开启时缸内压力高于扫气压力，而且压缩始点的压力较高（为38kPa），表明排气口部分堵塞，排气不畅。显然，根据上述压力变化的大小可以判断气口堵塞的程度。
以上分析了一些常见的、典型的畸形示功图。在实际工作中，示功图的线形往往不够典型，甚至受多因素影响，况且图形尺寸较小，所以对示功图分析难度较大。因此，在分析示功图时不要轻易下结论，而应针对具体情况并参考测试参数进行综合分析，抓住主要影响因素，才能得到正确结论。