柴油機排氣溫度高的原因及故障排除

沈 海

（海申機電總廠（象山），寧波 315718）

柴油機排氣溫度高是較為常見的故障之一，主要是燃油未在氣缸中充分燃燒，并在排氣管中二次燃燒造成的[1]。若發生此類故障，不但會影響柴油機日常運行的安全性與可靠性，還會降低其經濟性，因此有必要全面分析并排除故障。文章以某船舶使用的TBD234V6型柴油機發生的排氣溫度高故障為例展開分析。

1 柴油機排氣溫度高的常見原因

1.1 燃油質量問題

燃油質量是導致柴油機排氣溫度過高的主要原因之一。通常情況下，燃油的型號、存放環境及存放時間等均會對燃油質量造成直接影響。若燃油質量較差，其流量與運動粘度均會降低，從而導致噴油器不良霧化、燃油燃燒惡化的現象，引發排氣溫度升高的問題[2]。例如：燃油中的雜質和顆粒物過多，會導致燃油的流動性變差，影響燃油的霧化效果，使得燃燒效率降低；燃油中含有過多的水分會導致燃油的油路系統堵塞，影響燃油的供應和噴射效果，從而降低柴油機的燃燒效率，導致排氣溫度升高；燃油濾清器的作用是過濾燃油中的雜質和顆粒物，如果燃油濾清器堵塞，會影響燃油的過濾效果，使得不潔凈的燃油進入氣缸，導致燃燒效率降低，排氣溫度升高。同時，如果柴油機和燃油不匹配，也將導致排氣溫度上升，對其正常運行造成影響。對此，可使用高質量的燃油、調整燃油黏度、定期清洗油箱和油路、定期更換燃油濾清器以及檢查并調整噴油器前角等措施。通過這些措施的實施，可以有效改善柴油機的燃燒性能，降低排氣溫度。

1.2 供油、換氣定時異常

供油定時異常指的是燃油噴射到柴油機汽缸內的時間與理想的噴油時間存在偏差，這種偏差可能由噴油泵調節不當、噴油器磨損或堵塞、燃油系統壓力波動等造成[3]。當燃油在活塞尚未達到上止點前過早噴入汽缸時，會導致燃油與空氣混合不充分，部分燃油在汽缸內未能及時燃燒。這些未燃燒的燃油在排氣過程中會繼續燃燒，導致排氣溫度升高。如果燃油在活塞接近或已過上止點后才噴入汽缸，燃燒將在活塞下行的膨脹過程中進行。這種情況下，由于汽缸內的壓力和溫度較低，燃油的燃燒速度和效率都會降低，從而導致排氣溫度升高。

換氣定時異常指的是柴油機進氣門、排氣門的開啟和關閉時間與理想的定時存在偏差，這種偏差可能由氣門間隙調整不當、凸輪軸磨損、氣門彈簧失效等造成[4]。進氣門開啟過早會導致進入汽缸的新鮮空氣量不足，影響燃油充分燃燒，而開啟過晚則會導致汽缸內的廢氣殘留過多，同樣會影響燃油的燃燒效率。這兩種情況都會導致燃燒不完全，從而使得排氣溫度升高。排氣門關閉過早會阻止廢氣完全排出汽缸，導致汽缸內殘留廢氣過多，而關閉過晚則會導致新鮮空氣在排氣過程中被排出汽缸，減少汽缸內的有效空氣量。這兩種情況都會降低燃燒效率，造成排氣溫度升高的情況。通過采取定期檢查和調整供油器前角和換氣定時，保持掃氣質量和進氣系統的密封性良好，定期對增壓器和空冷器進行檢查和維護等措施，可以有效避免因供油、換氣定時異常導致的柴油機過熱問題。

1.3 增壓器方面的原因

增壓器是一種能夠提高發動機進氣壓力的設備，主要通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量，從而提高燃料燃燒效率和發動機性能。根據工作原理，增壓器可以分為機械增壓器和渦輪增壓器兩種類型。通過增壓，柴油機可以獲得更高的功率和轉矩，同時降低燃油消耗率。然而，增壓器的工作會對柴油機的排氣溫度產生影響。當增壓器工作時，它會將空氣壓縮并送入柴油機的汽缸內，這個過程會產生大量熱量，使得排出的空氣溫度升高。如果增壓器的工作效率過高，或者柴油機長時間處于高負荷運轉狀態，排氣溫度可能會超過正常范圍，導致排氣系統過熱甚至損壞[5]。以TBD234V6 型柴油機為例，其為廢氣渦輪增壓系統，空氣由進氣濾器進入增壓器中被壓縮，再由中間冷卻器進行冷卻，以此使氣缸中的空氣密度能夠達標，保障供氣量充足。一旦渦輪增壓器發生故障，必然會造成進氣量不足，燃油在噴入氣缸后無法完全燃燒，最終引發排氣溫度升高的問題。對此，可以采用保持合適的負荷、做好透平和空冷器的維護工作、定期檢查和更換機油、定期檢查掃氣系統、定期檢查和更換增壓器配件、合理調整供油和換氣定時以及保持柴油機進氣系統的密封性良好等措施，從而有效改善增壓器的工作狀態，降低柴油機的排氣溫度。

1.4 空冷器故障

空冷器是柴油機的重要部件，負責將空氣冷卻并供給柴油機。如果空冷器出現故障，可能會導致排氣溫度過高。如果空冷器的散熱片被污垢、塵土等堵塞，散熱效果會變差，導致進入柴油機的空氣溫度過高，從而使排氣溫度升高。同時，空冷器需要通過風扇來強制散熱。如果風扇出現故障，如轉速過慢或停轉，將無法提供足夠的散熱風量，導致進入柴油機的空氣溫度過高，這也會使得排氣溫度升高。某些類型的空冷器設有控制閥，以調節進入柴油機的空氣流量。如果控制閥出現故障，如調節失靈或完全關閉，將導致進入柴油機的空氣流量不足，從而造成排氣溫度升高。對于空冷器故障導致的柴油機排氣溫度高的問題，可以采取清洗和檢查空冷器、調整冷卻水流量、檢查自動調溫閥、檢查并調整氣閥間隙、更換損壞的零件等措施，有效改善空冷器的工作狀態，降低柴油機的排氣溫度。

2 案例分析

2.1 故障現象描述

柴油機的排氣溫度是其日常運行管理中的重點監測對象，能夠直接體現柴油機缸內的實際負荷與燃燒質量，也是衡量柴油機熱負荷大小的關鍵指標，更是分析柴油機性能的基本依據。柴油機的排氣溫度一旦出現過高的現象，將導致柴油機的經濟性及安全性等受到極大的負面影響。

某船舶發電柴油機型號為TBD234V6，額定功率為186 kW，額定電流為238 A，額定電壓為400 V，頻率為50 Hz，轉速為1 500 r·min-1，采用渦輪增壓器，6 缸呈V 形排列。副機在使用5 000 h 左右時，其排氣管出現聲音異常的現象。檢查后發現排氣管溫度過高，渦輪后排氣溫度最低單缸排溫為540 ℃，最高單缸排溫達到598 ℃，而該型號采油機的正常排氣溫度限定為500 ℃。柴油機排氣溫度統計，如表1 所示。

表1 柴油機排氣溫度統計

2.2 原因分析

柴油機正常燃燒是保障排氣溫度正常的關鍵，而要確保正常燃燒，首先必須保證燃油量充足，并確保在良好的霧化條件下能夠充分與空氣有效混合，在燃燒室中完全燃燒。任何一項條件達不到要求，都可能導致排氣溫度過高。結合導致柴油機排氣溫度過高的常見原因，分析案例中的故障問題。

2.2.1 燃油質量

燃油質量差會導致柴油機燃燒不充分，進而引起排氣溫度升高。因此，在使用柴油機時，應選用符合要求的高質量燃油，并定期清洗和維護燃油系統，以保證燃油的供給和燃燒效果。某船舶發電柴油機和主機使用的是同一供油系統，該船具有較強的自動化功能，其燃油粘度始終穩定在13 mm2·s-1左右，進機溫度控制在130 ℃左右，能夠充分保障霧化條件。燃油油樣的檢驗檢測結果顯示，該船燃油完全滿足相關標準與要求。檢驗燃油進機前的細濾器，未發現細濾器出現旁通問題，濾芯不存在任何損壞。由此可知，可以完全排除因燃油質量導致的柴油機排氣溫度過高的問題。

2.2.2 供油定時與換氣定時

由于供油定時滯后與換氣定時提前均會引起柴油機排氣溫度升高，為充分了解某船舶柴油機排氣溫度過高的原因，有必要檢測其供油定時與換氣定時。TBD234V6 型柴油機的進排氣與噴油定時無法進行單缸調整，必須對進排氣凸輪軸及高壓油泵凸輪軸作總調處理。通過檢測傳動齒輪中的定位標記，發現并未出現定時異常。測量各缸高壓油泵的升程，結果顯示和出廠記錄并無差異。在高壓油泵漏泄油管進行拆檢，并未發現漏油現象。同時，在進排氣頂桿、凸輪以及噴油凸輪的檢查中也未發現明顯問題。綜上所述，此次排氣溫度過高故障與供油、換氣定時無關。

2.2.3 空冷器

若空冷器的空氣側出現堵塞情況，將會增大阻力，降低進氣總管中的空氣壓力，導致進氣量大幅減少，從而引發柴油機排氣溫度過高的現象。此外，若淡水冷卻效果差或空冷器的空氣進出口出現旁通現象，都將提升進氣總管的空氣溫度，降低空氣密度，進而引發排氣溫度過高故障。為此，充分拆洗某船舶發電柴油機的空冷器，對比拆洗前后的進氣溫度與壓力變化，結果顯示并無差異，且排氣溫度也未發生任何變化。由此可知，空冷器堵塞或者空氣旁通并非導致柴油機排氣溫度過高的根本原因。

2.2.4 廢氣渦輪增壓器

廢氣渦輪增壓器是引發柴油機整機排氣溫度過高的重要因素之一，其壓氣機葉輪、空氣濾網、工作葉輪、噴嘴環等一旦發生污染或損壞，都會降低增壓器效率及增壓壓力，從而導致柴油機出現排氣溫度過高故障。對某船舶發電柴油機的增壓器進行拆檢后發現，其噴嘴環的導向葉片根部出現沖蝕磨損的現象，除此之外無任何異常，如圖1 所示。由此可以得知，噴嘴環損壞極有可能是導致排氣溫度過高的主要原因。

圖1 沖蝕損壞的噴嘴環

2.3 故障排除

分析以上故障原因可知，某船舶發電柴油機排氣溫度過高很有可能是噴嘴環損壞引起的。為進一步排除故障，換掉原本損壞的噴嘴環后排氣溫度恢復到正常值，更換前后柴油機排氣溫度統計，如表2 所示。

表2 噴嘴環更換前后柴油機排氣溫度統計

表2 中數據可以明確，噴嘴環損壞是導致某船舶發電柴油機排氣溫度過高的主要原因。由于噴嘴環的葉片出現沖蝕磨損，擴大了噴嘴環流通面積，降低了排氣流速和增壓器的效率，最終引發了排氣溫度升高的故障。

3 結語

導致柴油機排氣溫度高的因素較為復雜，相關人員要根據其具體運行情況進行綜合排查，準確找出故障根源，從而采取相應的處理措施。本研究通過故障現象的描述，從TBD234V6 型柴油機溫度高的常見原因著手，有效減少了故障排除程序，避免因為盲目拆卸而出現二次故障。通過仔細排查，找出故障點并進行排除。由此可見，結合柴油機日常使用過程中的相關參數與結構特征逐一分析和排除，是解決柴油機排氣溫度高問題的有效途徑。