故障檢修與技術(shù)維護(hù)

柴油機(jī)冒黑煙、冒白煙和藍(lán)煙三種煙色的原因分析

摘要：柴油發(fā)電機(jī)在正常工作溫度下，其排氣煙色應(yīng)該是無色或淡灰色，所謂無色不是完全無色，不能像汽油機(jī)那樣無色，而是在無色中伴有淡淡的灰色，這是正常排氣煙色。柴油機(jī)在怠速時(shí)排氣煙色可能重一些，在高速、高負(fù)荷時(shí)也可能重一些，要注意觀察正常排氣煙色，才能對非正常的排氣煙色進(jìn)行判斷和分析。柴油機(jī)燃料完全燃燒后，正常顏色一般為淡灰色，負(fù)荷工作時(shí)為深灰色。柴油機(jī)在工作中，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，柴油機(jī)排煙有黑煙、藍(lán)煙、白煙三種，它們是判斷柴油機(jī)故障的條件之一。如果排出的煙呈黑色、藍(lán)色及白色均屬不正常，應(yīng)查明原因，及時(shí)排除，使柴油機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，以延長零部件的使用壽命，提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

一、故障現(xiàn)象

 

      柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，排出的廢氣呈淡灰色，只是在加速時(shí)會(huì)出現(xiàn)一股黑色排煙，所以當(dāng)出現(xiàn)煙色異常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象。

1、冒黑煙

      這是柴油發(fā)電機(jī)不完全燃燒的特征。此比時(shí)排出的廢氣中有大量固體炭粒。有時(shí)甚至帶火星，并伴隨排氣溫度的升高。

      排氣冒黑煙（碳煙）黑煙也稱碳煙，柴油機(jī)排氣冒黑煙主要是燃料混合氣過濃，可燃混合氣形成不良或燃燒不完善等原因造成的。柴油機(jī)在高溫、高壓燃燒條件下（燃燒過程曲線如圖1所示），局部缺氧、裂解并脫氫而形成的以碳為主要成分的固體微小顆粒，是燃燒室內(nèi)燃料燃燒不完全的表現(xiàn)。由于柴油機(jī)是非均質(zhì)燃燒，燃燒室內(nèi)各區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)條件是不一致的，而且隨著時(shí)間而變化的，所以黑煙很可能是由許多不同途徑生成的。柴油是復(fù)雜的碳?xì)浠衔铮瑖娙肴紵覂?nèi)未燃燒的柴油受高溫分解，形成炭黑，排氣時(shí)隨同廢氣一起排出形成黑色煙霧。黑煙是不完全燃燒產(chǎn)物，是烴燃燒在高溫缺氧情況下裂解過程釋出并聚合而成的。某些情況下燃油噴射在燃燒室壁面上，形成液態(tài)油膜，油膜是最后蒸發(fā)的一部分，它的燃燒取決于其蒸發(fā)速度和燃料蒸氣與氧的混合速度。如果周圍氣體中氧的濃度太低，或混合的速度不夠時(shí)，從油膜蒸發(fā)的燃料氣體將被分解，并產(chǎn)生未燃烴、不完全氧化產(chǎn)物和黑煙。

2、冒白煙

      這是柴油發(fā)電機(jī)廢氣中水或燃油蒸汽的特征。此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣呈白色霧狀，并伴隨著柴油發(fā)電機(jī)功率下降和轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。燃油系統(tǒng)在柴油機(jī)上部件位置如圖2所示。

      白煙是指排氣煙色為白色，它與無色不同，白色是水蒸氣的白色，表示排煙中含有水分或含未燃燒的燃油成分。白煙呈液珠狀態(tài)，和藍(lán)煙相比較直徑稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油機(jī)的白煙是未燃烴（含燃油和潤滑油）、水蒸氣以及不完全燃燒的中間產(chǎn)物（如含氧碳?xì)洌?，除水蒸氣外，它們也都屬于微粒范疇。柴油機(jī)在剛起動(dòng)時(shí)或冷機(jī)狀態(tài)時(shí)，排氣管冒白煙，是因?yàn)椴裼蜋C(jī)氣缸內(nèi)溫度低油氣蒸發(fā)而形成，冬季尤為明顯。柴油機(jī)在寒冷天氣運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)溫度低，排氣管溫度也低，有水蒸氣排氣凝結(jié)成水氣形成白色排煙，是正?，F(xiàn)象。若當(dāng)柴油機(jī)溫度正常，排氣管溫度也正常時(shí)，仍然排出白色煙霧，說明柴油機(jī)工作不正常，可判斷為柴油機(jī)故障。

3、冒藍(lán)煙

      此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣呈藍(lán)色霧狀，并伴有嗆人的煙味和柴油發(fā)電機(jī)機(jī)油消耗增加。排氣冒藍(lán)煙，一般情況下是柴油機(jī)使用日久，慢慢開始燒機(jī)油引起的，隨著藍(lán)色煙霧的加重，燒機(jī)油越來越多，就應(yīng)考慮維修柴油機(jī)了。有時(shí)燃油中混有水分，或有水分漏入燃燒室中，引起燃燒的改變，柴油機(jī)會(huì)冒淺藍(lán)色煙。

 

圖1  柴油機(jī)燃燒過程曲線圖

圖2  康明斯燃油系統(tǒng)部件在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上位置圖.

 

二、后果危害

 

      柴油在柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃燒的作用就是將柴油中的化學(xué)能釋放出來，變?yōu)闅怏w的熱能，使氣缸中氣體的溫度和壓力升高，從而推動(dòng)活塞膨脹做功，達(dá)到熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的目的。燃燒過程在柴油機(jī)的工作循環(huán)中起加熱作用。氣缸中柴油噴油量的多少以及燃燒程度決定了可能釋放出熱能的數(shù)量，也就是決定了熱量的多少，它對柴油機(jī)的功能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著決定性的影響。燃燒完善就是柴油在氣缸內(nèi)充分燃燒，盡可能地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來達(dá)到對外做功目的。也就是說：柴油中的可燃成分碳和氫能夠在氣缸內(nèi)與氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，全部生成二氧化碳和水，這樣柴油機(jī)的工作性能就好，空氣利用率高，排氣時(shí)帶走的熱量就少，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分就多，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就高，此時(shí)外部表現(xiàn)排煙呈銀灰色。

      而柴油發(fā)電機(jī)當(dāng)出現(xiàn)煙色異常時(shí)，會(huì)帶來以下危害∶

1、功率下降，燃油消耗增加

      因?yàn)楹跓熓遣煌耆紵漠a(chǎn)物。當(dāng)燃燒不完全時(shí)，勢必造成熱效率下降，使油耗增加、功率下降。

2、機(jī)油消耗增加

      因?yàn)樗{(lán)煙是機(jī)油不完全燃燒的產(chǎn)物，出現(xiàn)藍(lán)煙，勢必造成機(jī)油消耗增加。

3、排放增加

      藍(lán)煙、白煙是低溫不完全燃燒的產(chǎn)物，黑煙是高溫不完全燃燒的產(chǎn)物這些產(chǎn)物成炭煙、HC、C0等排放到大氣中，對環(huán)境起到污染作用。

4、使設(shè)備壽命減低

      柴油能否完全燃燒在很大程度上受燃燒空間內(nèi)的溫度、氧氣含量以及油氣混合條件所影響。根據(jù)其燃燒化學(xué)反應(yīng)可以看出，在柴油燃燒過程中產(chǎn)生黑煙通常是由于在氣缸內(nèi)未能充分燃燒，從而導(dǎo)致油料裂解聚合不完全的產(chǎn)物。一般情況下，柴油機(jī)所排出的黑煙主要包括碳煙微粒與部分可溶性有機(jī)物，所以在燃燒過程中，一切因素都可能會(huì)對柴油燃燒產(chǎn)生影響導(dǎo)致黑煙的產(chǎn)生。而黑煙的危害主要在于加大了燃油消耗量，使得柴油發(fā)電機(jī)組功率下降，并導(dǎo)致柴油機(jī)積碳嚴(yán)重，加速其磨損程度，進(jìn)而導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組使用壽命下降，使得運(yùn)行效率降低。

 

三、原因分析

 

      由于黑煙、白煙、藍(lán)煙是三種不同性質(zhì)的異常煙色，所以其生成的原因也是不相同的，主要原因如圖3所示，下面分別予以分析。

1、冒黑煙

      既然黑煙是燃油不完全燃燒的產(chǎn)物，因此造成冒黑煙的原因主要由燃油。燃燒系綜的故障和進(jìn)排氣系統(tǒng)故障引起。柴油發(fā)電機(jī)之所以冒黑煙，是由于略入柴油發(fā)電機(jī)氣缸內(nèi)的傾油在燃燒時(shí)，局部高溫缺氧裂解，并脫氫而變成以碳為主要成分的固態(tài)微小顆粒。是一種不完全燃燒的產(chǎn)物。一般用煙度來表示，其單位是BSU（波許）。所以無論是燃油系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，還是進(jìn)排氣系統(tǒng)，凡是影響燃燒完全性的因素，均可引起冒黑煙。

（1）噴油器霧化不良，油粒大小不均或太大，與空氣無法良好地、均勻地混合，局部地區(qū)在燃燒時(shí)缺氧，高溫裂解，從而產(chǎn)生黑煙。噴油器結(jié)構(gòu)如圖4所示，同時(shí)試驗(yàn)表明，當(dāng)有一個(gè)缸霧化不良，此時(shí)盡管燃油耗只增加0.1%，但煙度卻可達(dá)到4BSU。

（2）噴油器異常噴射（包括二次噴射、隔次噴射、多次噴射或滴漏），將使燃料在氣缸著火后仍繼續(xù)噴入氣缸，這部分燃油是在高溫缺氧情況下燃燒的，所以容易產(chǎn)生冒黑煙。

（3）個(gè)別氣缸供油量過大或者柴油發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，都是缸內(nèi)燃油過多，空氣不足，燃燒缺氧，從而引起冒黑煙。其實(shí)，拉缸、抱軸引起冒黑煙也是這個(gè)道理。此時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)摩擦功大大增加，加大氣缸作功能力，才能發(fā)出同樣大的有效功，這也相當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成冒黑煙。

（4）柴油質(zhì)量不符合要求，特別是十六烷值太低，使柴油發(fā)電機(jī)著火性能變差，燃燒差火落后期變大，造成冒黑煙。

（5）高壓油管內(nèi)孔變形，將導(dǎo)致油管流通能力和油管壓力變化，從而引起噴油器二次噴射和影響霧化質(zhì)量；噴油泵柱塞磨損大.出油閥磨損大造成油管壓力降低，從而惡化了噴油器霧化質(zhì)量。這一切都使燃油燃燒不完全，局部高溫缺氧，引起冒黑煙。

（6）康明斯系列柴油發(fā)電機(jī)的噴油器伸出缸蓋平面高度有一定要求，為2.4-3.0mm，當(dāng)在拆裝過程中將墊件搞錯(cuò)，將導(dǎo)致油頭伸出缸蓋平面距離太大、太小，這樣就不能保證噴出的霧矩和燃燒室形狀很好的吻合，或噴到燃燒室壁，或噴到缸蓋下平面，造成局部的燃油不能很好和空氣接觸.混合，引起燃燒局部高溫缺氧產(chǎn)生黑煙。

（7）柴油發(fā)電機(jī)燃燒時(shí)的一個(gè)重要條件是，氣缸要有一定的壓縮壓力和壓縮溫度。當(dāng)活塞環(huán)密封不良、氣門密封不良，均使缸內(nèi)壓縮壓力不足，從而造成燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙。

（8）柴油發(fā)電機(jī)的換氣系統(tǒng)的作用是根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的工況大小，定時(shí)定規(guī)律定量地供給柴油機(jī)新鮮空氣，并將廢氣排走。當(dāng)空濾器污堵、壓氣機(jī)污堵、中冷器污堵、排氣消聲器污堵，以及增壓器故障引起的進(jìn)氣壓力不足，均使進(jìn)入柴油發(fā)電機(jī)氣缸的空氣量不足，造成燃燒時(shí)的空氣不足、高溫缺氧，產(chǎn)生黑煙現(xiàn)象。

（9）配氣相位不對，既易造成柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣不足、排氣不暢，還使進(jìn)排氣的規(guī)律發(fā)生變化，從而影響柴油發(fā)電機(jī)正常換氣，燃燒，引起冒黑煙。

 

圖3  柴油機(jī)冒黑煙故障原因

圖4  電控噴油器結(jié)構(gòu)圖

 

2、冒白煙

      白煙是柴油發(fā)電機(jī)低溫起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，柴油未燃微?；蛩纬傻囊后w霧粒，是低溫產(chǎn)物。不同于固體狀的黑煙。所以分析原因時(shí)，應(yīng)抓住這個(gè)特點(diǎn)。

（1）水汽的原因

      既然白煙成分之一是水蒸汽，所以凡是在柴油發(fā)電機(jī)燃燒中能產(chǎn)生水蒸汽的因素都是造成冒白煙的原因。柴油中含水、缸蓋漏水、中冷器漏水，甚至機(jī)油內(nèi)含水，在柴油發(fā)電機(jī)燃燒過程中，這些水成水蒸汽形式從排氣管排出，呈白煙狀態(tài)。這種情況低速低負(fù)荷特別明顯。而在高負(fù)荷時(shí)基本消失，除非含水特別多。不過此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和功率下降。

（2）燃?xì)獾脑?/span>

      既然冒白煙的成分之一是未燃燒的柴油蒸汽，所以凡是在柴油發(fā)電機(jī)燃燒過程中產(chǎn)生柴油蒸汽的因素都是造成柴油發(fā)電機(jī)冒白煙的原因。當(dāng)然，這種情況也是在柴油發(fā)電機(jī)低速低負(fù)荷時(shí)發(fā)生的。

① 噴油器霧化不良

      燃油和空氣混合不良，不具備著火條件，而在低速低負(fù)荷時(shí)未被燃燒，而呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產(chǎn)生白煙。

② 各缸供油量不均。

      低速低負(fù)荷時(shí)，只有供油量大的氣缸著火燃燒，而供油量小的氣缸的燃油未及燃燒，呈蒸汽狀態(tài)，從氣缸排出，產(chǎn)生白煙。

③ 氣缸溫度太低。

      水溫低或環(huán)境溫度低，氣缸壓縮溫度低，均造成缸內(nèi)著火條件不良，使噴入氣缸之燃油未及燃燒，呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產(chǎn)生白煙。

④ 供油提前角太晚

      柴油和空氣混合條件不充分，未及良好燃燒，一部分燃油呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產(chǎn)生白煙。

3、冒藍(lán)煙

      藍(lán)煙也是柴油發(fā)電機(jī)低速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油在幾乎沒有燃燒或只有部分燃燒或處于分解狀態(tài)，液體微粒也是低溫產(chǎn)物。所以形成藍(lán)煙的因素也是機(jī)油消耗高的原因。機(jī)油消耗高主要由于機(jī)油進(jìn)入燃燒室，被不完全燃燒排出氣缸。而機(jī)油進(jìn)入燃燒室主要途徑之一是從缸蓋活塞之間里飛濺.泵吸。所以影響缸套活塞間密封和飛濺過度的因素，均是造成機(jī)油竄入燃燒室的原因。

（1）活塞環(huán)卡住、折斷、彈力消失、漏光、開口間隙過大、扭曲環(huán)位置裝錯(cuò)，或四道活塞環(huán)開口未錯(cuò)開，均造成活塞環(huán)和缸套貼和不良、密封失效，使機(jī)油竄入燃燒室，造成機(jī)油消耗高。

（2）活塞外圓磨損過大、環(huán)槽磨損過大及缸套磨損過大、失圓，也均造成活塞缸套間隙過大，使機(jī)油竄入燃燒室，造成機(jī)油消耗高。

（3）機(jī)油進(jìn)入燃燒室的另一途徑是機(jī)油從進(jìn)氣道被吸入燃燒室，所以這方面的因素也是機(jī)油消耗高的原因。

（4）當(dāng)缸蓋回油孔不暢，潤滑搖臂的機(jī)油回不到油底殼，使存在缸蓋上罩殼的大量機(jī)油從氣門導(dǎo)管進(jìn)入燃燒室，造成機(jī)油消耗過高。

（5）當(dāng)主油道到缸蓋搖臂的節(jié)油閥未裝，或者節(jié)流閥孔太大，從主油道到搖臂的油太多，無法全部從缸蓋回油孔回到油底殼，而積聚在缸蓋上罩殼內(nèi)，從氣門導(dǎo)管進(jìn)入燃燒室，造成機(jī)油消耗過高。

（6）當(dāng)氣門導(dǎo)管與氣門桿磨損嚴(yán)重，間隙過大時(shí)，也造成機(jī)油從此處大量進(jìn)入燃燒室，造成機(jī)油消耗過高。

（7）當(dāng)空氣濾清器臟污，空氣吸入真空度大，當(dāng)大于5.5kpa時(shí)，或者增壓的封油系統(tǒng)失效，增壓器的潤滑油被吸入壓氣機(jī)，而進(jìn)入氣缸，造成機(jī)油消耗過大。

 

四、診斷方法

 

      對煙色異常的診斷，首先用眼睛來分辨出冒黑煙還是冒藍(lán)煙、冒白煙。

1、對于冒黑煙

      可用不透光煙度儀測量出煙度的大小，結(jié)構(gòu)如圖5所示。不透光煙度計(jì)不僅可以測柴油機(jī)排氣中的黑煙，而且可以測藍(lán)煙和白煙排放，對低濃度的可見污染物有較強(qiáng)的測量能力，可以實(shí)現(xiàn)排氣煙度的連續(xù)測量。其測量單位用FSU（波許）表示。具體診斷原因和部位時(shí)，可用部分停止或比較法，判斷是否是燃油系統(tǒng)故障引起。并可用儀器法進(jìn)一步是燃油系統(tǒng)的那一部位；對配氣系統(tǒng)故障可用析檢法或儀器法，具體判斷是那一個(gè)部位。

2、對于白煙

      如圖6所示?？捎靡粡堄布垖?zhǔn)排氣口。讓白煙噴到白紙上，根據(jù)白紙上的液珠，判斷是水汽引起還是燃油系統(tǒng)引起。水汽液珠無味，燃油液粒有煙味。再用析檢法查出漏水原因或燃油不霧化的原因。

3、對于冒藍(lán)煙

      可用部分停止法和觀察法先找出竄機(jī)油的原因。

（1）部分停止法

      經(jīng)分析懷疑故障是由某一工作部位所引起時(shí)，可使該部分局部停止工作，觀察故障現(xiàn)象是否消失，從而可斷定故障發(fā)生部位。如柴油機(jī)冒藍(lán)煙，分析認(rèn)為是空氣濾清器過臟所造成的。此時(shí)可將拆掉或更換全新空濾，若藍(lán)煙消失，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，則可證明判斷正確。

（2）觀察法

      觀察法就是柴油機(jī)修理工按照柴油機(jī)使用者指出的故障發(fā)生的部位仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，而后對故障做出判斷，這是一種應(yīng)用最多的最基本的也是最有效的故障診斷法。

      例如對發(fā)機(jī)排氣管冒藍(lán)色煙霧的故障，可以通過冒藍(lán)煙的現(xiàn)象來判斷，如在使用過程中長期冒藍(lán)煙，發(fā)動(dòng)機(jī)使用里程又很長，一般可以判斷為氣缸或活塞環(huán)磨損，致使配合間隙過大，由于機(jī)油盤中的機(jī)油通過活塞環(huán)與缸壁之間的間隙竄入燃燒室引起的；如果只是在發(fā)動(dòng)機(jī)剛一發(fā)動(dòng)時(shí)冒出一股藍(lán)煙，以后冒藍(lán)煙又逐漸變得比較輕微，一般可以判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)氣門桿上的擋油罩老化或內(nèi)孔磨損使擋油功能失效，而有少量機(jī)油沿著氣門桿漏入氣缸引起的。有經(jīng)驗(yàn)者可以準(zhǔn)確判斷，經(jīng)驗(yàn)不足者還應(yīng)進(jìn)一步觀察。

 

圖5  柴油機(jī)煙度測量不透光煙度計(jì)結(jié)構(gòu)

圖6  柴油機(jī)冒白煙現(xiàn)象檢查方法

 

總結(jié)：

      對柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行來說，由于受多種原因所影響，柴油機(jī)在工作中會(huì)出現(xiàn)煙色異常是常見現(xiàn)象之一。對此我們不僅要加強(qiáng)重視，還應(yīng)充分分析煙色不正?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并據(jù)此采取相對應(yīng)的措施進(jìn)行處理，從而切實(shí)有效地保障柴油機(jī)良好的運(yùn)行效率。總之，如果柴油機(jī)工作時(shí)排煙顏色不正常，不管是黑色、白色，還是藍(lán)色，都應(yīng)引起現(xiàn)場使用人員的重視，只有及時(shí)查找原因，排出故障，才能延長柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。

 

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