故障檢修與技術維護

柴油機冒黑煙原因

 

摘要：冒黑煙現(xiàn)象主要是在高溫缺氧的情況下，燃燒室中的柴油得不到完全充分的燃燒，因而分解集合形成碳煙顆粒物。由于這種集合體比氣化的燃油反應速度要慢很多，不能再次充分燃燒總而造成大量的游離碳和廢氣一起排出，所以呈現(xiàn)出來的就是黑色煙霧。這種現(xiàn)象的直接后果就是柴油發(fā)電機油耗非常高，功率降低，使得活塞和活塞環(huán)氣門大量的積碳存在；同時它還將加速零件的磨損，從而降低發(fā)動機的使用壽命。因此，康明斯公司特別提醒用戶在這方面要特別引起注意，并在本文中列舉了排氣冒黑煙的具體原因、危害分析與排除方法。

 

一、柴油機冒黑煙危害分析

 

      烴類有機物是柴油的主要成分，所以柴油在完全燃燒的情況下會生成水與二氧化碳。在正常情況下排氣管的煙氣顏色較淡，然而在實際燃燒過程中，往往會生成二氧化碳、水、氮氧化物、碳氫化合物、碳以及一氧化碳等物質。柴油能否完全燃燒在很大程度上受燃燒空間內的溫度、氧氣含量以及油氣混合條件所影響。根據(jù)其燃燒化學反應可以看出，在柴油燃燒過程中產生黑煙通常是由于在氣缸內未能充分燃燒，從而導致油料裂解聚合不完全的產物。

      一般情況下，采油機所排出的黑煙主要包括碳煙微粒與部分可溶性有機物，所以在燃燒過程中，一切因素都可能會對柴油燃燒產生影響導致黑煙的產生。而黑煙的危害主要在于加大了燃油消耗量，使得發(fā)動機功率下降，并導致柴油機積碳嚴重，加速其磨損程度，進而導致采油機使用壽命下降，使得柴油機運行效率降低，對環(huán)境產生嚴重的污染。

 1、環(huán)境影響

      柴油發(fā)電機冒黑煙問題對環(huán)境影響非常大。黑煙中含有大量的顆粒物和有害氣體，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物等，這些物質會對空氣質量和人體健康造成嚴重影響。空氣中的顆粒物和有害氣體會引起呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病等健康問題，尤其是對老年人和兒童的影響更為嚴重。黑煙也會對環(huán)境造成污染，影響植被生長和水質。因此，各國政府都在加強對柴油發(fā)電機排放的監(jiān)管和限制，以減少柴油發(fā)電機冒黑煙問題對環(huán)境的影響。

2、健康影響

      柴油發(fā)電機冒黑煙問題對健康影響非常大。黑煙中含有大量的顆粒物和有害氣體，如二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等，這些物質會對人體健康造成嚴重的危害。長期暴露在這些有害物質中，會導致呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、癌癥等疾病的發(fā)生。黑煙中的顆粒物還會對環(huán)境造成污染，影響空氣質量，加劇氣候變化。因此，柴油發(fā)電機冒黑煙問題需要引起足夠的重視，企業(yè)應該采取措施減少柴油發(fā)電機的排放，保護人民的健康和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3、法律法規(guī)

      柴油發(fā)電機冒黑煙問題一直備受關注，對環(huán)境和人體健康都有不良影響。為了解決這一問題，我國出臺了一系列法律法規(guī)，對柴油發(fā)電機的排放標準進行了嚴格規(guī)定。同時，各地也相繼出臺了相關的治理措施，如限制柴油發(fā)電機進入城區(qū)、加強監(jiān)管等。柴油發(fā)電機冒黑煙不僅對環(huán)境造成污染，還會對發(fā)動機產生不良影響。長期冒黑煙會導致發(fā)動機積碳嚴重，降低發(fā)動機的工作效率，增加維修成本。因此，及時維護和保養(yǎng)柴油發(fā)電機，保持發(fā)動機的正常工作狀態(tài)，不僅有利于環(huán)境保護，也有利于用戶的經濟利益。

4、維修保養(yǎng)

      柴油發(fā)電機冒黑煙問題較為普遍，主要原因是燃燒不完全或者是機油燃燒。這不僅會影響發(fā)電機組的環(huán)保指標，還會對發(fā)動機造成損害。長期冒黑煙會導致發(fā)動機積碳嚴重，縮短發(fā)動機壽命，增加維修保養(yǎng)成本。因此，對于柴油發(fā)電機冒黑煙問題，我們應該及時進行維修保養(yǎng)。要定期更換機油和空氣濾清器，保證發(fā)動機正常運轉。要注意燃油的質量，選擇正規(guī)加油站加油，避免加入劣質燃油。如果發(fā)現(xiàn)冒黑煙問題嚴重，應及時到專業(yè)的發(fā)電機組維修廠進行檢修，找出問題所在并進行修復。只有做好維修保養(yǎng)工作，才能保證柴油發(fā)電機的正常使用和延長發(fā)動機壽命。

      由圖2可知，碳煙顆粒的拉曼光譜在1350和1590cm處出現(xiàn)了兩個較強的重疊峰，其中位于1350cm的為D峰，該峰代表無序化碳結構；位于1580cm的為G峰，該峰代表有序化的石墨結構，說明碳煙顆粒中存在石墨碳。

圖1  柴油發(fā)電機冒黑煙現(xiàn)象

圖2  碳煙拉曼光譜圖

 

二、冒黑煙現(xiàn)象的主要原因

 

1、供油提前角太小

      供油提前角原理和位置如圖3所示。當柴油發(fā)電機組供油提前角過小時，會造成噴油器噴油延遲，使噴入燃燒室的柴油來不及充分燃燒就被排出，即柴油機后燃嚴重而使排氣冒黑煙。當供油提前角過小時還會導致排氣溫度增高，耗油量增大，功率不足等故障現(xiàn)象。

      由圖4可以看出，在1500RPM和1800RPM兩種轉速下，隨著噴油壓力的提高，煙度的排放降低都很明顯，最多可以達到50%以上。這是因為噴油壓力的提高，改善了燃油的噴霧，油滴更細更均勻，促進了燃料的霧化及空氣的卷入，也促進了混合氣的形成，提高了燃燒速率，使燃燒更加完全，因此降低了炭煙的排放量。

 

圖3  柴油機供油提前角位置圖

圖4  供油提前角對煙度排放的影響曲線圖

2、超負荷工作

      柴油發(fā)電機組在運轉過程中，若出現(xiàn)超負荷工作時，會導致噴入燃燒室的柴油增多，在燃燒室空氣量不變的情況下，就會使多余的柴油得不到充分的燃燒而出現(xiàn)排氣冒黑煙現(xiàn)旁

3、各缸供油量不均勻

      柴油發(fā)電機組在額定負荷下工作時，若各缸供油量不均勻，就會使柴油機出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，這主要是因為各缸供油量所承擔的負荷是一定的，若出現(xiàn)個別缸供油量減少時，相比其他的缸就要超負荷工作，供油量多的缸噴入燃室的柴油多，柴油得不到充分燃燒后，就出現(xiàn)冒黑煙的故障現(xiàn)象。以四缸機為例，各缸供油量不均勻曲線如圖5所示。

4、噴油器故障

      噴油器工作過程如圖6所示。噴油器若出現(xiàn)滴油、竄油或霧化不良時，會導致噴入燃燒室內的柴油燃燒時間延遲而出現(xiàn)排氣冒黑煙的故障現(xiàn)象。 

5、燃燒室密封不良

      燃燒室內部密封不良時，會導致氣缸內部壓縮空氣量減少，且壓縮終占時的溫度和壓力降低，噴入燃燒室內部的柴油由于得不到充足的空氣而不能完全燃燒，使得柴油發(fā)電機組排氣冒黑煙。造成燃燒室密封不良的因素較多，如活塞、活塞環(huán)和氣缸套出現(xiàn)過度磨損，活塞環(huán)安裝對口，氣缸墊漏氣，氣門關閉不嚴等。

6、進氣量不足

      燃燒室內部的進氣量是一定的，若由于空氣濾清器保養(yǎng)不到位、燃燒室內部積炭增多、排氣管阻塞或渦輪增壓器損壞等，就會使燃燒室內部的進氣量減少，從而影響柴油與空氣的充分燃燒，造成大量的游離碳和廢氣一起從排氣管中排出。

 

圖5  4缸機各缸供油量不均勻曲線圖

圖6  噴油器工作示意圖

 

三、柴發(fā)冒黑煙故障處理探討

 

1、啟動中柴油機冒黑煙的處理

      部分柴油發(fā)電機在啟動時會出現(xiàn)柴油機出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，根據(jù)黑煙程度大小，其原因與處理各有不同。首先，啟動時柴油機黑煙輕微。這一現(xiàn)象在柴油發(fā)電機啟動時較為常見，結合實踐來看主要是因為定壓式渦輪增壓器在啟動瞬間加速性能不能很好地匹配柴油機轉速，造成空氣吸入量跟不上，由于汽缸已經開始壓縮工作，氣體量的不足會造成缸內柴油燃燒不充分而出現(xiàn)黑煙。對此，一般處理上只需等定壓式渦輪增壓器轉速上來即可。其次，啟動時柴油機黑煙很大，造成這一現(xiàn)象產生大多是因為步進電機驅動器升速脈沖頻率或是聯(lián)合調機器升速針閥這兩個設備調整不正確，此時工作人員應在檢查確認后，根據(jù)使用手冊校正聯(lián)合調解器。

2、負荷運行中柴油機冒黑煙的處理

      在柴發(fā)機組帶負荷運行時，若柴油機冒出黑煙，第一，則應當先觀察柴油機有無出現(xiàn)過載的現(xiàn)象，并觀察其機械轉速表有無小于標準轉速，如柴油機處于滿轉的情況，則需要觀察柴油機有無小于持續(xù)速度。第二，檢查機械室內的柴油機各缸噴油泵供油齒條有無拉至供油刻線最大值，若拉到最大，則表明柴油機發(fā)生過載，必須要馬上減負荷運行。第三，仔細聽柴油機的運轉聲音如出現(xiàn)異常振動或聲響，則表明柴油機重要零部件有故障產生，必須馬上停機，且需要回庫將缸頭罩蓋與曲軸箱檢查孔蓋打開，檢查活塞與氣缸套等可見部位，并且對缸頭各部件進行仔細檢查，觀察其有無異常，在油底盒處是否存在烏金等異物，如若用肉眼進行觀察沒有發(fā)現(xiàn)異常，則需要吊缸排查i²。

3、燃油系統(tǒng)故障的處理

      通過檢查發(fā)現(xiàn)柴油機處于正常荷載情況，并且各噴油泵齒條沒有拉至最大值，則可以用手去觸摸高壓油管，判斷其溫度與脈動，觀察其溫度是否明顯低于正常值或是存在脈動微弱或無脈動的情況。如若溫度明顯低于正常值，則表明噴油器頭部發(fā)生裂損，則需要馬上停機進行檢查。如溫度與脈動均正常，則可能是因為噴油提前角過小或噴油器霧化不良而導致的，此時則需要開展切缸試驗，存在不良情況則需要進行修理。此外，還需檢查噴油提前角是否是20.5°，噴油器的噴射壓力是否在34.5 MPa+0.5 MPa。

4、進氣系統(tǒng)故障的處理

（1）因為空氣濾清器堵塞嚴重，作業(yè)環(huán)境惡劣，堆積了過多的灰塵與雜質，從而增大了進氣阻力，導致黑煙產生，需要馬上清理空氣濾清器。

（2）內壁產生水垢或是中冷器污染嚴重、堵焊銅管數(shù)量超標等而降低了冷器冷卻效果，進風量下降。遇到該種情況也需要結局具體情況來進行沖洗與清掃。

（3）接頭處或進氣道發(fā)生泄漏。此時也需要采取緊固的方法來予以解決。

（4）供氣量過少或增壓器壓氣機效率不高。此時，則需對增壓器轉子進行檢查，觀察其轉動是否存在卡滯情況，是否足夠靈活，且對徑向與軸向間的縫隙進行測量，觀察其距離有無偏大。如若偏大則需要及時將其更換。

      此外還需對油封進行檢查，觀察其有無出現(xiàn)漏油情況，而致使?jié)櫥c密封不佳。若是由于過多灰塵而致使效率下降，就需要馬上清理，如果不是則需要依照規(guī)定章程來開展修理工作。

5、各缸供油不均的處理

      柴油機各缸供油不均也是造成柴油發(fā)電機冒黑煙的重要原因之一，造成供油不均通常有兩方面：

（1）柴油機油泵柱塞套筒所使用定位螺釘長度太長，這就導致回油孔因螺釘封堵而不通暢，不僅會造成柴油機缸內燃油量增多而燃燒不充分產生黑煙，并且也有可能造成柴油機無法熄火故障；

（2）柴油機汽缸中某些柱塞偶件或噴油泵齒條出現(xiàn)卡滯，使操作手柄時柴油機供油情況無法得到很好的響應。

      針對柴油機各缸供油不均而造成柴油機冒黑煙現(xiàn)象處理，首先檢修人員要查看柴油機油泵柱塞套筒定位螺釘長度是否符合要求，如果過長則予以更換。其次，手柄操作中供油無法跟上時，我們可以將柴油機各缸噴油泵齒條露出差調整到低于刻線單位一半。

 

總結：

      綜上所述，柴油機冒黑煙故障的可能原因有很多，但對于一臺柴油機來講，出現(xiàn)冒黑煙故障的原因可能只是其中的一個因素。如何判斷和確認柴油機冒黑煙產生的具體原因，是排除該故障的關鍵所在。對此我們不僅要加強重視，還應據(jù)此采取相對應的措施進行處理，從而切實有效地保障柴油發(fā)電機良好的運行效率，進一步保證發(fā)動機的安全使用。

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