柴油機(jī)排氣溫度高的原因分析與排除

李崇令

摘要：當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，氣缸會獲得完全的燃燒。正常狀態(tài)下的有機(jī)廢氣應(yīng)為無色或呈淺灰色。如果柴油機(jī)工作時排氣溫度過高，并且排氣管冒出黑煙，則是由于噴射柴油機(jī)未充分燃燒所致。在此基礎(chǔ)上，本文將分析造成柴油機(jī)排氣溫度高的關(guān)鍵原因，并逐一消除。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);排氣溫度;常見故障

中圖分類號：U664.121.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0121-02

0? 引言

燃料的不完全燃燒不僅會增加柴油機(jī)的燃料消耗并降低輸出功率，而且還會在柴油機(jī)活塞缸及其燃燒室上造成大量積碳，從而改變柴油機(jī)的壓縮比，使得排氣溫度升高。不完全燃燒也會導(dǎo)致排氣管的二次燃燒，柴油機(jī)大量冒黑煙等異常情況。而排氣溫度高會使氣門卡澀，密封件加速老化，零部件損壞，從而降低汽車發(fā)動機(jī)的使用壽命。因此，應(yīng)立即清除柴油機(jī)的常見故障。

1? 案例概述

本文的關(guān)鍵是以12V240ZD柴油發(fā)動機(jī)為例。12V240ZD型柴油機(jī)為水冷、直接噴射、開式淺ω型燃燒室、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的V型四沖程柴油機(jī)。氣缸直徑為240mm，活塞行程275mm，壓縮比為12.4：1，標(biāo)定功率2100kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速1000rpm。柴油機(jī)在滿功率試驗中，發(fā)現(xiàn)排氣管異常聲音，排氣管溫度偏高，標(biāo)準(zhǔn)為小于520℃，實際為540℃。

2? 柴油機(jī)排氣溫度高的原因分析

2.1 燃油質(zhì)量

燃油質(zhì)量受型號、環(huán)境溫度、存放條件、存放時間的影響，當(dāng)燃油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)后可能導(dǎo)致燃油的運(yùn)動粘度改變，流量改變等問題，此情況會造成噴油器霧化不良，燃油燃燒不佳，最終導(dǎo)致排氣溫度升高。影響燃油性能指標(biāo)的因素有十六烷值和氧化安定性指標(biāo)，當(dāng)十六烷值過低或者氧化安定性超標(biāo)時，燃油燃燒的滯燃期會較長，燃燒著火滯后，容易造成排煙管的二次燃燒，使排氣溫度升高。十六烷值過高也會使得燃燒不良，導(dǎo)致排氣溫度高。

2.2 供油及換氣定時異常

如果噴油提前角過大，則噴油時間過早。柴油機(jī)活塞運(yùn)動過程中，其包含進(jìn)氣→壓縮→做工→排氣等階段，在運(yùn)行與控制的過程中，噴油后，則燃料開始充分燃燒，并達(dá)到額定輸出功率。如果燃油提前噴入氣缸，此時氣缸內(nèi)的壓力溫度都不是設(shè)定的最佳數(shù)值，燃油的提前燃燒，可能會使得活塞未運(yùn)動到上止點(diǎn)便提前進(jìn)入做工行程，開始下降，從而壓縮比降低，輸出功率降低，溫度升高。嚴(yán)重時還會出現(xiàn)爆震。

柴油機(jī)本體的進(jìn)排氣是通過進(jìn)排氣閥來控制，而進(jìn)排氣閥則是通過凸輪軸旋轉(zhuǎn)帶動搖臂來推動的，搖臂與進(jìn)排氣閥之間存在一個間隙，這個間隙叫氣閥間隙。氣閥間隙的大小會直接影響進(jìn)排氣閥的開啟和關(guān)閉時間。排氣閥間隙過小則會導(dǎo)致噴入氣缸的燃油在混合燃燒還沒結(jié)束便進(jìn)入到排氣管道，導(dǎo)致燃燒不充分，也容易導(dǎo)致排煙管二次燃燒，造成排氣溫度高的現(xiàn)象。進(jìn)氣閥間隙過大則會導(dǎo)致進(jìn)氣延時，燃油噴入氣缸后空氣供應(yīng)不足，導(dǎo)致燃燒不充分，排氣溫度升高。排氣閥卡死在開啟位置或排氣閥密封不好，會導(dǎo)致新鮮空氣從排氣發(fā)出泄漏，燃燒空氣減少，壓縮壓力下降，燃燒惡化，排氣溫度升高。

基于此，則需要對供油、換氣等方面進(jìn)行定時控制，這對柴油機(jī)的溫度控制會產(chǎn)生直接的影響。這不僅會導(dǎo)致排氣溫度升高并且排氣會繼續(xù)起火，還會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱。

2.3 空氣供應(yīng)問題

在實際運(yùn)行的過程中，氣缸在收縮壓力下，空氣供應(yīng)不能滿足實際的運(yùn)行需要，直接影響柴油機(jī)的實際運(yùn)行水平。空氣供應(yīng)不足將會導(dǎo)致柴油機(jī)在壓縮沖程末期，燃油噴入氣缸后，在高溫高壓下與空氣混合燃燒不充分，會直接導(dǎo)致燃燒效率大幅下降，進(jìn)而導(dǎo)致大量未燃燒充分的混合氣體進(jìn)入排氣管二次燃燒。12V240ZD型柴油機(jī)采用的是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，空氣通過進(jìn)氣濾器到達(dá)增壓器進(jìn)行壓縮，然后通過中間冷卻器將高溫高壓的壓縮空氣進(jìn)行冷卻，這樣可以保證進(jìn)入氣缸的空氣的密度達(dá)到需要的要求，進(jìn)而保證供氣量。若是渦輪增壓器故障，則會導(dǎo)致進(jìn)氣量不夠，大量噴入氣缸的燃油無法充分燃燒，導(dǎo)致排氣溫度高。

活塞環(huán)是阻隔燃燒室和曲軸箱的密封環(huán)，當(dāng)活塞環(huán)失效或活塞環(huán)間隙過大時，則會導(dǎo)致空氣和燃?xì)獯罅扛Z入曲軸，不僅影響燃燒效率，同時還會使曲軸壓力升高，有爆炸風(fēng)險。

2.4 噴油器、噴油泵故障

噴油器不能很好地霧化或漏油，這會使噴入氣缸的柴油發(fā)動機(jī)顆粒變大且分布不均勻。如果燃燒不完全，則排氣將產(chǎn)生黑煙，并且排氣溫度將相對較高。如果柴油發(fā)動機(jī)的爆震聲中斷并且排氣聲不均勻，則表明噴油嘴有問題。此時，可以通過各缸排氣溫度檢查，找到有問題的噴油器。對噴油器進(jìn)行霧化試驗，12V240ZD噴油器的霧化壓力為34.5±0.35MPa以每分鐘50～90 次噴射，須聲音清脆、噴射開始和終了明顯、霧化良好，不許有肉眼能見到的飛濺油粒、連續(xù)不斷的油柱和局部密集的油霧。

噴油泵的供油是通過凸輪軸旋轉(zhuǎn)帶動泵內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生，活塞的供油時間則是通過齒條來控制，若是齒條位置不對，則會導(dǎo)致供油量發(fā)生變化。此時應(yīng)檢查噴油泵齒條是否在正常刻度位置，同時停機(jī)后應(yīng)能回到零油位。噴油泵出油閥卡澀，柱塞副卡澀等都會導(dǎo)致噴油泵失效，導(dǎo)致燃油無法進(jìn)入到噴油器或者進(jìn)入噴油器后的壓力不足，會使得噴油器噴油霧化不佳，進(jìn)而導(dǎo)致排氣溫度異常。噴油泵柱塞副磨損嚴(yán)重，會導(dǎo)致密封性能降低，噴油壓力降低，噴油角滯后，燃燒質(zhì)量不佳，從而也會導(dǎo)致排氣溫度高。

3? 柴油機(jī)排氣溫度高的排除措施

3.1 控制燃油質(zhì)量

根據(jù)地區(qū)、氣候以及使用機(jī)型合理選擇燃油型號，包括輕柴油、重柴油以及控制合適的凝點(diǎn)、濁點(diǎn)、十六烷值等特性參數(shù)。

燃油系統(tǒng)需要安裝燃油濾器，以防止大顆粒燃油無法充分燃燒，霧化質(zhì)量變差，導(dǎo)致排氣溫度高的現(xiàn)象發(fā)生。燃油存放時間也不宜過久，一般船用和車用柴油機(jī)燃油存放時間不會超過1年，而電站的應(yīng)急柴油機(jī)燃油存放時間往往會達(dá)到數(shù)年，燃油存放時間久，儲存方式不佳容易導(dǎo)致燃油各參數(shù)改變，需要定期進(jìn)行過濾或者更換。

3.2 噴油器檢查

噴油狀態(tài)可以通過噴油器霧化試驗來檢查，噴油器如果霧化仍然很差，則可以拆卸噴油器用柴油機(jī)進(jìn)行清洗，并檢查噴油器針閥是否卡澀，噴油嘴是否堵塞。如果針閥卡住，則應(yīng)找出原因是柴油機(jī)溫度過高導(dǎo)致變形，如果是噴油嘴堵塞則要考慮燃燒不充分導(dǎo)致積碳堵塞噴油嘴。在柴油機(jī)溫度控制的過程中，需要對排氣溫度、運(yùn)行狀態(tài)等方面進(jìn)行綜合控制，這是柴油機(jī)排氣溫度高的常見原因。本次12V240ZD的排氣溫度高正是因為噴油器霧化較差，混合燃?xì)庠谂艧煿苤卸稳紵龑?dǎo)致。

3.3 噴油泵檢查

噴油泵的動作是通過凸輪軸的滾輪帶動，噴油泵的柱塞副進(jìn)回油是通過齒條來調(diào)節(jié)，可以通過調(diào)整噴油泵的調(diào)整墊片，來改變噴油提前角。提前角不宜過大也不宜過小，設(shè)定值一般是通過多次反復(fù)試驗得出。檢查噴油泵柱塞副磨損情況，密封是否良好，磨損嚴(yán)重或者密封不佳都將導(dǎo)致燃燒質(zhì)量不佳，噴油泵柱塞一旦損壞則需要將整個柱塞副全部更換。如果是噴油泵出油閥副卡澀則根據(jù)情況進(jìn)行研磨或者直接更換。檢查噴油泵齒條，是否符合設(shè)定值，齒條的長度將直接影響進(jìn)油量的大修，必要時應(yīng)該進(jìn)行調(diào)節(jié)。

檢查變速箱齒輪系若是出現(xiàn)問題，也會導(dǎo)致噴油角發(fā)生改變，噴油時間發(fā)生改變，最終導(dǎo)致柴油發(fā)動機(jī)具有排氣溫度高的問題。齒輪系的檢查需要打開柴油機(jī)端部齒輪蓋板進(jìn)行檢查和測量。

3.4 進(jìn)、排氣門及氣門間隙檢查

進(jìn)氣門和排氣門損壞以及氣門太小會導(dǎo)致氣缸無法緊密關(guān)閉。進(jìn)氣門損壞，導(dǎo)致無法開啟或者開啟開度不夠，將直接導(dǎo)致壓縮空氣無法再壓縮沖程充分進(jìn)入到氣缸，燃?xì)鉄o法與空氣充分混合燃燒。排氣閥的氣門間隙過小也會導(dǎo)致排氣門提前打開，燃燒不充分，有二次燃燒的可能。

進(jìn)排氣門的檢查需要將氣缸頭吊出，檢查氣門的密封情況，用燃油泄漏試驗或者著色探傷試驗，檢查閥門密封性。若是泄漏量較大則需要對閥門和閥座密封面進(jìn)行研磨。將進(jìn)排氣閥取出，測量閥桿的圓柱度，曲面度要滿足要求。

氣門間隙的檢查需要借助塞尺或百分表。根據(jù)柴油機(jī)的發(fā)火順序，盤動曲軸，使對應(yīng)氣門處于未受力的自由狀態(tài)，此時將百分表放置于氣閥上部的搖臂上方，上下推動搖臂，此時的百分表讀數(shù)則為氣閥間隙值，12V240ZD的冷態(tài)間隙進(jìn)氣門為0.20～0.25mm，排氣門為0.80～0.85mm。若是間隙不滿足要求，則需要調(diào)節(jié)搖臂的調(diào)節(jié)螺釘，使氣閥間隙最終調(diào)整在要求范圍內(nèi)。通過對氣門狀態(tài)、氣閥間隙的管控來實現(xiàn)氣門的綜合控制，來滿足柴油機(jī)運(yùn)行進(jìn)氣的需求。

變速齒輪系異常，除了導(dǎo)致噴油角變化，也會導(dǎo)致閥氣門相位角的變化，因為進(jìn)排氣閥門也是通過變速齒輪與曲軸相連。進(jìn)排氣門相位角改變，除了導(dǎo)致進(jìn)排氣開關(guān)時間異常，嚴(yán)重時甚至可以導(dǎo)致氣門與活塞頂碰撞，損壞壞氣門。可以通過噴油器安裝孔用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，若是發(fā)現(xiàn)碰撞痕跡，則需要立即排查其他缸是否存在共模故障。同時檢查凸輪軸滾輪和定時齒輪系是否損壞。齒輪系存在問題，導(dǎo)致氣門正時和燃油噴射提前角的變化，進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度升高，屬于柴油機(jī)的較大故障，需要立即處理。

3.5 進(jìn)氣道附屬設(shè)施的檢查

柴油機(jī)運(yùn)行時，12V240ZD空氣的流通道為：進(jìn)氣消聲器→增壓器→空氣冷卻器→進(jìn)氣聯(lián)箱—進(jìn)氣閥-排氣閥→排氣管→渦輪則→大氣。每個組件的總載流面積是固定的，并且僅依次打開氣缸的進(jìn)排氣門。在長期運(yùn)行中，所有被阻塞或弄臟的部分都將危害實際通風(fēng)效果，而更嚴(yán)重的部分將繼續(xù)引起喘振。進(jìn)氣濾器需要定期進(jìn)行清洗吹掃，各地區(qū)情況不一，環(huán)境污染較嚴(yán)重的地區(qū)則需要提高清洗的頻率，否則濾器堵塞后會導(dǎo)致進(jìn)氣不足。空氣冷卻器需要進(jìn)行水壓試驗，檢查漏氣率，若是有異常則需要進(jìn)行堵管等工作。渦輪增壓器的檢查可以通過內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，主要檢查積碳和葉片磨損情況，必要時要進(jìn)行積碳的清潔。

4? 結(jié)語

柴油的不完全燃燒將導(dǎo)致排氣系統(tǒng)溫度大幅升高。因此，在日常操作和管理方法中，有必要確保燃油狀態(tài)良好，噴油器霧化良好，噴油泵工作正常，進(jìn)排氣閥處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。同時改善渦輪增壓器的清潔度。如果環(huán)境污染嚴(yán)重，需要增加進(jìn)氣濾器的清潔頻率，保證柴油機(jī)的可靠運(yùn)行。

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