故障檢查與技術維護

柴油發電機積碳多的原因、易出現部位和處理法

 

摘要：所謂柴油機積碳實際上是柴油和竄入燃燒室的機油不完全燃燒的產物，在柴油機活塞的頂部、燃燒室壁和氣門周圍產生積炭是較為常見的現象。本文簡要介紹了柴油機積碳的形成機理，從柴油和機油油品，保養不及時，操作不當等幾個方面對積碳形成進行分析，說明了積碳對柴油發電機的危害，通過制定減少積碳的預防措施，抑制柴油機積碳的形成取得了良好的效果。

 

一、積碳形成原理

 

      柴油機運轉一段時間后，汽缸蓋、缸套、活塞、活塞環、氣門、噴油器等零件以及燃燒室表面會黏著一層積碳，它是柴油機運轉中燃料和潤滑油高溫氧化作用的產物。在柴油機運轉中，燃燒室內因氧氣供應不足，柴油和竄入的潤滑油不能完全燃燒而產生油煙和焦油微粒，它們同潤滑油混合在一起氧化成膠狀液體——羥基酸，羥基酸進一步氧化成樹脂狀膠質物牢固地附著在機器零件上，在高溫不斷作用下，膠質物聚合成硬質膠結物，即積碳。積碳主要成分有潤滑油、羥基酸、瀝青質、油膠質、硫酸鹽、硅化物等。柴油機溫度越高，形成的積碳越硬越緊密，與金屬粘結越牢固。

      在柴油發電機積碳生成機理中我們得知，積碳產生的溫度在195-290℃之間，而在200℃的條件下，積碳的生成速度最快。所以當缸內局部溫度達到200℃左右的時候，積碳就會瘋狂形成。有人會說，柴油發電機的工作溫度不是90℃左右嗎，怎么會達到那么高？這里我們要明確90攝氏度指的是冷卻液溫度，而燃燒溫度指的是柴油發電機缸內油氣混合氣燃燒時的溫度，溫度可是要遠遠高于90℃的。而當某些特定的部位的溫度區間剛好在195-290℃之間時，多多少少就會有積碳在這些部位生成。柴油機行業對于積碳的定義是，柴油不完全燃燒產生的碳，其實更準確的說，這些不完全燃燒產生的碳在這個特定溫度下，和缸壁的金屬發生化學反應，這些炭（Carbon）十分牢固地粘在了缸壁上，這才產生了我們所說的積碳。

      大量的積炭會對柴油發電機組的性能是由一定的影響的，其最終的表現是使燃燒不良、傳熱惡化并降低噴油器工作的可靠性。

 

二、積碳容易出現的區域

 

1、進氣歧管積碳

      很多用戶都不太重視進氣道的積碳，其實進氣歧管的積碳也是影響很大的，部位如圖1所示。積碳多了就會導致混合氣體比列不均，從而造成進氣量不足、油耗增加的情況，進氣歧管積碳的積碳也大多是以一些油泥為主。

2、噴油嘴積碳

      噴油嘴積碳一般不會太嚴重，但是也會有，主要是一些柴油里面雜質過多引起的，原因是我們熄火后，發動機的溫度依然還會很高，這個時候噴油嘴上殘留的柴油就會揮發掉，但是一些劣質柴油剩下的雜質是無法揮發的，所以日積月累就形成了積碳。

3、進氣閥積碳

      進氣門背面是最容易形成積碳的，區域如圖2所示。主要來源就是曲軸箱廢氣里的機油蒸汽，這些機油蒸汽在經過進氣閥時其中的機油蒸汽會吸附在進氣閥上。還有一部分來自柴油中的雜質和重質成分。這些機油顆粒和雜質粘在進氣閥上在高溫下逐漸碳化，形成堅硬的積碳。

 

圖1  柴油機進氣歧管積碳部位

圖2  柴油機進氣門積碳部位示意圖

 

4、氣缸套和缸體表面積碳

      氣缸內外的積碳主要是來自與燃料的殘留物，一般都是由于燃燒不充分、雜質過多、燒機油等情況造成的。

5、活塞頂部積碳

      活塞頂部積碳主要是混合氣體不完全燃燒造成的，其積碳部位如圖3所示。

6、活塞環積碳

      活塞環積碳是一種常見的問題，它發生的部位如圖4所示。由于燃油和機油的不完全燃燒，會在活塞環上形成沉積物，這些沉積物最終硬化成積碳。

 

圖3  活塞頂部積碳部位示意圖

圖4  活塞環積碳部位示意圖

 

三、積碳形成原因分析

 

      柴油機積碳產生原因比較復雜，與柴油機結構、燃油和潤滑油的種類、所處工作條件、工況等密切相關，以下從柴油機柴油和潤滑油油品、操作、保養等方面進行分析。

1、柴油油品差

      柴油品質越差，含殘碳值越高，越易誘發柴油機形成積碳。同時，油品較差的柴油中酸性物質和水分使噴油器早期磨損，導致其工作不正常，使燃燒室內柴油燃燒不充分而形成積碳;柴油中的雜質在柴油機工作時不能燃燒，雖然大部分被排出機外，但仍有少量殘留物不斷累積在噴油嘴噴孔、燃燒室、氣門口及傳感器表面形成附著，在高溫氧化作用下形成積碳。

      根據柴油機工作環境和季節，選擇柴油牌號不當，最低氣溫低于柴油凝固點時，柴油結蠟而堵塞柴油濾清器，導致燃油系統供油不暢，噴油器霧化不良而形成積碳。

2、噴油器工作不正常

      在柴油機運轉過程中，噴油器向燃燒室內噴入均一、細微、均勻的柴油，當噴油器發生霧化不良、噴油壓力過高或過低、噴油時間提前或延遲、噴油過多等某一故障時，使進入燃燒室內的柴油達不到要求而燃燒不充分或來不及燃燒而形成積碳。

3、機油粘度低或加注過多

      在柴油機運轉過程中，機油除潤滑運動件表面之外，還不斷清洗、清潔運動件表面，在潤滑系統循環過程中燃燒室內不可避免地進入少量機油，因機油品質差致使進入燃燒室內的機油不能完全燃燒而形成積碳。機油粘度低、加注過多均使進入燃燒室內的機油增多而形成積碳。

4、 柴油機竄機油

      當柴油機活塞環磨損、活塞與缸套間隙過大、氣門與氣門導管間隙超過允許尺寸或機油壓力過大時，均使進入燃燒室內的機油量增多，不能充分燃燒而生成積碳。

5、 柴油機漏氣

      當汽缸螺母松動、汽缸墊破損、噴油器與汽缸蓋密封不良均導致汽缸漏氣，造成汽缸內混合氣體壓力不足，難以產生高溫使柴油完全燃燒而生成積碳;進、排氣門漏氣、配氣相位不正確或氣門堵塞，進入汽缸內的空氣量減少造成柴油燃燒不完全而生成積碳。柴油機氣門與氣門座的配合部位磨損、燒蝕或粗糙等密封不良，氣門間隙過小，氣門積碳過多，氣門在導管內上下往復運動發澀或卡滯、汽缸蓋螺栓緊固力矩不一致等導致氣門漏氣。

6、氣門間隙調整過小

      柴油發電機的氣門間隙一般為0.2～0.3 mm，氣門間隙調整過小，氣門桿受熱后膨脹會被搖臂經常頂開，使氣門關閉不嚴，導致氣門密封錐面嚴重積碳或燒損。氣門與氣門導管間隙過大，機油吸入燃燒室，嚴重時約占竄入燃燒室機油量的30%。

7、柴油機長時間超負荷運轉

      燃油泵在調速器作用下增加供油量以提高柴油機輸出扭矩，同時因外界阻力過大使柴油機轉速下降，此時進入燃燒室內柴油增多，因轉速下降進入空氣量減少，汽缸內油氣混合氣體濃度增大，柴油不能充分燃燒而形成積碳。

 

四、積碳的解決方法及預防措施

 

1、加大負載清除積碳

      如果我們把柴油發電機積碳這個現象級事情，理解為一個動態過程的話，問題就會變得更加清晰。如果積碳的產生速度比積碳消失速度快，柴油發電機內部的積碳含量必將越來越多，多到一定程度的時候，就是時候做一次全面保養（缸內清洗）。如果積碳的消失速度大于產生速度，那么就完全不必擔心積碳對柴油發電機壽命和工況的危害。尤其是搭載缸內直噴的柴油發電機，由于其燃油噴射方式的特殊性，使其缸壁更容易產生積碳。而行家口中所說的拉轉速，是指在高負載高轉速的條件下，柴油發電機由于快速做功，在短時間內產生大量熱量，將缸內積碳燒掉，以達到清除積碳的目的。

      積碳自動脫落的原理是一旦溫度低于195℃或高于290℃，這些碳不容易與金屬發生粘連，因此會隨著尾氣排出柴油發電機。簡短總結一下，溫度在195-290℃之間，最容易產生積碳。而一旦碳和柴油發電機內部機件發生粘連，頑固的積碳就真真正正形成了。根據康明斯公司的柴油發電機機活塞積碳影響因素這篇論文中提到：當局部溫度達到325℃以后，柴油發電機內附著的頑固積碳會被剝離，相當于此時柴油發電機產生的熱量，足以讓積碳滾蛋。而且，一旦溫度高于325℃，完全不會有積碳產生，而且這些掉下來的積碳會隨著柴油發電機尾氣排出缸體。

2、專業清理方法

（1）堿洗法：使用專門的氫氧化鈉溶液或堿性添加劑，通過溶解堿性溶液中的堿性離子來清除積碳。

（2）機械物理法：將氣缸拆卸下來，使用機械工具（如刷子、清洗液等）進行物理清理，清除氣缸內的積碳。

① 如圖5所示，使用刮刀或 Scotch-Brite™ 7448及溶劑清潔缸蓋上表面。

② 如圖6所示，使用 Scotch-Brite™ 7448及溶劑清潔缸套座和下部缸套密封表面。

 

（3）氫氣清洗法：通過向氣缸內注入氫氣來清除積碳。氫氣可以在高溫下與碳結合，形成易揮發的化合物，從而清潔氣缸。

2、正確使用柴油機

      在柴油機運轉過程中，應監視機油壓力和溫度的變化，防止柴油機過熱工作，不得使柴油機超負荷長時間工作和長時間怠速運轉。柴油機停機時，應先卸除負荷，降低油門，怠速運轉2 min左右再停機。在低溫環境下，防止柴油機過冷工作。每天首次啟動柴油機時，首先須檢查機油壓力，待機油壓力顯示正常，才可適當提升轉速以滿足發電機發電之用，當發電機正常發電時，以中等轉速運轉預熱柴油機，機體溫度升至40℃以上方可帶負載運轉。

3、對柴油機檢查保養

（1）檢查進氣系統的配置是否齊全、正確，空氣濾、增壓器總成與進氣管系統各連接部分卡箍是否緊固到位，是否有漏氣現象，發現異常及時處理。

（2）及時清洗或更換空氣濾清器濾清器。根據柴油機工作環境，縮短空氣濾清器清理和濾清器更換周期，當發現濾清器臟污報警時，應及時清理或更換空氣濾清器。

（3）檢查冷卻風扇進氣通道暢通，確保冷卻風扇傳動系統工作正常和冷卻室密封性良好，定期清理機油散熱器、中冷器，汽缸套等散熱部件表面異常附著的油污，保證柴油機散熱性能良好。

（4）檢查燃油系統，及時排除進入燃油系統內的空氣，定期清洗或更換柴油濾清器，發現滲油處所及時處理，尤其是噴油器、高壓油泵與高壓油管的連接處。

（5）按季節、柴油機工作時間及時更換機油和機油濾清器濾清器，防止機油變質而導致積碳的生成。柴油機運轉中應監視機油壓力變化，發現異常及時處理，防止過多的機油進入燃燒室。

 

圖5  柴油機缸體表面積碳清理

圖6  柴油機缸套座和密封表面積碳清理

 

總結：

      為降低柴油機積碳的生成速度，減少積碳對柴油機的影響，提高柴油機的動力性能，我們通過對在惡劣環境中運轉柴油機空氣濾清器的改造，制定減少柴油機積碳的預防措施，培訓操作人員提高其使用和維護保養柴油機技能，達到了抑制積碳生成的速度、延長柴油機使用壽命的目的。

----------------
以上信息來源于互聯網行業新聞，特此聲明！
若有違反相關法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關柴油發電機組技術數據與產品資料，請電話聯系銷售宣傳部門或訪問我們官網：http://www.dhgif.com