摘要：積炭對于柴油發電機而言可以說是致命的一環，就相當于血管當作的血栓一樣，危害極大，積炭多會影響柴油發電機的動力，積炭可以說是一種頑疾。其危害除了會阻礙柴油機的燃燒以及活塞的散熱，還會減少燃燒室的容積，從而導致柴油機的動力下降。康明斯公司在此文章就柴油機積碳的現象、成分和原因，并對積碳的危害以及預防措施展開了詳細的分析。

一、柴油機積炭的產生機理

1、柴油機積碳的現象

      在柴油機燃燒室中， 有時由于氧氣量供應不足， 燃油燃燒時不完全，產生油煙的現象。同時，氧氣供應量不充足，竄入燃燒室的潤滑油也會不能完全燃燒，產生燒焦潤滑油的顆粒。混合大量燃燒殘留物的潤滑油和油煙在柴油機中被氧化成一種膠狀液體一輕基酸。輕基酸進一步氧化就變成一種樹醋狀膠質而牢固地粘附在柴油機零件表面上。隨后在高溫作用下， 膠質又進一步聚合成更復雜的聚合物， 成硬質膠結炭， 俗稱積炭，如圖1所示。

2、柴油機積碳的成分

      柴油機積炭的成分主要是膠結炭，但是其成分和性質隨柴油機的結構、使用條件、所用燃料及潤滑油性質，以及隨空氣進入燃燒室內的雜質不同而不同。即使在同一個燃燒室內， 各不同零件及部位上的積炭， 其性質和成分也不盡相同。

      一般說來其化學成分是各種物質潤滑油及燃料燃燒生成的碳質沉積物、燃料中的硫元素燃燒后與金屬結合成的硫酸鹽，潤滑油中的有機金屬鹽添加劑燃燒的金屬化合物，空氣中的灰、沙等硅化合物，柴油機零件磨損的微量金屬屑及其化合物。

      積炭的成分很復雜，其中以不易揮發的成分居多，如瀝青、焦油等。柴油機工作溫度越高，易揮發物質含量越低；不易揮發成分的含量越高，則形成的積炭層越堅硬越緊密，與金屬的結合也越牢固。

3、柴油機積碳產生的成因

      柴油機積炭是燃油和潤滑油不完全燃燒的產物。它的產生跟燃油和潤滑油使用環境條件、相關性能以及本身品質有著密切的關系。因此， 凡是引起燃油不完全燃燒和潤滑油非正常進入柴油機高溫部位的影響因素均是造成積炭形成的原因。

（1）柴油機混合氣過濃，柴油機供油量過大，空氣濾清器或氣道阻塞，使空氣量的供給減少，造成空燃比降低，燃油不能完全燃燒，工作過程如圖2所示。

（2）點火時刻或供油時間不準確，造成燃燒溫度發生變化，難以保證燃油完全燃燒。點火過早， 部分燃燒過程將提前在壓縮行程中進行， 使氣體壓力在活塞到達上止點前就達最大值；油耗增加點火過遲，燃燒過程將延遲在膨脹行程中進行，導致燃燒壓力降低，油耗增加。

（3）柴油機溫度過低，火花塞或噴油器工作不良，造成霧化或氣化不良，從而使燃油不能完全燃燒。裝配時，活塞環對口，扭曲環切槽方向裝反活塞環彈性減弱或因磨損使端隙過大活塞環與缸壁配合間隙過大或氣缸壁磨損過甚，造成密封不嚴，導致機油竄入燃燒室。

（4）氣門及氣門座圈密封不良，氣門桿與氣門導管磨損過甚，間隙過大，從而導致機油進入氣缸以及吸附在氣門上。

（5）燃油的品質較差，雜質較多，不符合規定。燃油品質對柴油發電機組排放污染物有很大程度的影響，其中烯烴與芳烴以及金屬類物質增加汽缸中的積碳，使尾氣排放增加。空氣中含有的細小灰塵顆粒在空氣濾清器無法完全濾除，伴隨油氣一起沖刷氣門背部，經長時間沖刷造成細微劃痕。細小顆粒與來自曲軸箱的潤滑油儲存在劃痕中，在高溫下形成漆狀物，經長時間積累，與混合燃油中的蠟等成分形成積炭。

（6）空載試機過久使得柴油機長時間處于怠速運轉狀態，導致柴油機混合氣較濃，當較濃混合氣在經過不同寬度、不同長度及具有一定彎曲弧度的進氣歧管時，由于空氣和柴油顆粒的密度不同，空氣比較容易改變方向， 而柴油顆粒受慣性力的作用則繼續向歧管末端運動， 由此造成混合氣濃度的均勻性較差，無法保證燃油完全燃燒。

二、柴油機積炭造成的后果

      柴油發電機組尾氣排放的污染物主要指的是CO、HC和NOX等。HC主要指未燃燒完全的燃油碳氫化合物分子。產生的原因是在噴油器上因積碳的堆積使噴油霧化不正常，便使HC化合物在燃燒室來不及燃燒就被排出，這樣不僅增加了尾氣排放，同時還造成柴油機工作性能下降。因積碳多常使混合氣變濃，燃油不能完全燃燒而生成CO。CO是烴類燃料在燃燒過程中由于缺氧而不能完全燃燒的產物。所以在柴油發電機組正常工作情況下，柴油發電機組尾氣超標，主要原因是排氣系統內有積碳堆積。積炭是不良導熱體， 本身的溫度較高， 它的存在不但占據一定的空間，而且在高溫下易形成熾熱點，引起柴油機早燃和爆震，影響柴油機的工作性能和使用壽命。積炭脫落形成的磨料顆粒造成機件的磨料磨損積炭形成的高溫顆粒會導致柴油機提前點火，使柴油機功率下降，工作紊亂積炭加速潤滑油的污染變質且堵塞潤滑油油路，破壞潤滑系統的正常工作，從而造成機件的異常磨損。對于電控燃油噴射系統，積炭過多還會使節氣門位置發生變化，使電腦接收到錯誤信號，計算出錯誤的供油量、供油時刻，導致供油過多，油耗升高等。

1、積碳主要產生部位

      積炭主要產生在活塞頂部和燃燒室表面、活塞環槽、氣門組件、噴油嘴、進氣歧管襯墊以及排氣管消聲器內壁等部位。

（1）活塞頂部和燃燒室表面積炭

      活塞頂部和燃燒室表面積炭后使冷卻效果變差，燃燒室容積減小，壓縮比增大，其所形成的熾熱面還會引起柴油機“ 表面點火”，導致其“ 早燃” 或“爆震”，縮短柴油機的使用壽命，使柴油機動力性和經濟性大大下降。以某四缸機的燃燒室的積碳情況為例，用內窺鏡查看四個燃燒室里面不同的積碳情況，如圖3、圖4所示。

（2）活塞環槽積炭

      積炭使活塞環端隙、背隙變小甚至消除，造成活塞環砧結失去彈性，甚至折斷活塞環而導致拉缸故障。

（3）氣門及組件積炭

      氣門及氣門座圈工作面積炭，會使氣門關閉不嚴而漏氣，出現柴油機難起動、工作無力以及氣門易燒蝕等不良現象氣門導管和氣門桿部積炭結膠，將加速氣門桿與氣門導管的磨損，甚至會引起氣門桿在氣門導管內運動發澀而卡死，產生粘氣門的故障。

（4）噴油嘴積炭

      噴油嘴有積炭，極易堵死噴油嘴，降低噴油流量，甚至不噴油，引起噴油壓力不足、霧化不良， 造成柴油機缺缸運行或突然熄火。

（5）進氣歧管襯墊積炭

      該部位積炭易造成進氣截面減小，混合氣較濃，無法完全燃燒，導致柴油機排放中的濃度增加。

2、積碳的危害

 （1）增大柴油機的壓縮比

      如果柴油機存在積碳的現象，會使得機油的pH值下降，并失去潤滑的作用。還會導致零件出現磨損，從而導致柴油機的工作性能下降。柴油機積碳存在的危害主要體現在七個方面。因為柴油機產生的積碳會在氣缸壁和活塞上附著，從而燃燒室的容積會變少，柴油機的壓縮比增大。當柴油機的壓縮比存在過大的情況，同時氣門也處于關閉嚴密的情況下，就會容易引起早燃，并且產生沖擊波，從而導致柴油機出現爆燃。柴油機出現壓縮比增大的情況，不僅會導致柴油機的功率下降，也會對柴油機的其他零件造成破壞，從而導致柴油機的使用壽命縮短。

（2）使柴油機溫度升高

      因為積碳是熱的不良導體，其導熱系數只有鑄鐵或者鑄鋼的百分之二。當柴油機內的燃燒室以及活塞頂部覆蓋了一層積碳的時候，就相當于在燃燒室上覆蓋了一層隔熱層，柴油機在工作的時候所產生的溫度就不能迅速散發，從而導致柴油機的工作溫度上升，影響它的使用壽命。柴油機出現溫度過高的情況會產生其他更多不良的現象，比如會發生早燃的情況，需要使用的燃料量增加。柴油機的溫度上升還會導致機內的部分零件出現膨脹的現象，破壞了各零件之間的正常間隙，使柴油機在工作的時候出現失常的現象，影響其正常功能，并且加劇各零件之間的磨損，導致各零件之間卡死12-8。

（3）導致氣門關閉不嚴而漏氣

      如果柴油機內的氣門上面存在積碳的現象，會導致氣門關閉不嚴，甚至出現漏氣的現象，此時柴油機就會出現壓縮不良的現象，導致冷車啟動困難，并且啟動不穩定。在工作過程中，柴油機還會出現氣門容易燃著的現象，嚴重的時候還會影響排氣管的正常工作，出現冒黑煙的現象。

（4）加速氣門桿和氣門導管之間的磨損

      如果柴油機內的積碳在氣門導管以及氣門桿部內出現結膠的情況，就會導致氣門桿和氣門導管機間的磨損加速，甚至還會引起氣門桿在氣門導管內出現運動卡死的現象，從而導致氣門故障。

（5）導致噴孔堵塞

      柴油機內的積碳如果過多并且附著在噴油器的噴嘴頭部，會導致噴孔出現堵塞的現象，或者針閥出現卡死的現象，從而導致柴油機出現霧化不良的情況。積碳的存在，也會導致柴油機出現滴油的現象，使得柴油機在啟動的時候存在困難，或者出現不完全燃燒的現象。在使用過程中，積碳過多會也會導致柴油機的排氣管出現放炮或者冒黑煙的情況，甚至還會出現不規則的敲擊聲。

（6）導致活塞環邊隙和背隙變小

      柴油機內部的零件較多，如果積碳堵塞在活塞環槽內，就會導致活塞環間隙變少，甚至出現無間隙的現象。這個時候就很容易造成活塞環膠失去彈性，甚至導致整個活塞環出現折斷的現象。

（7）導致柴油機排氣阻力增加

      當柴油機內的積碳堆積在排氣道或者排氣管內，就會導致柴油機內的排氣阻力增加，從而導致缸內排氣阻力上升，柴油機就會出現排氣不干凈，從而導致其在工作時溫度上升，功率下降。

三、柴油機積炭的常規解決辦法

1、清除方法

      傳統清除積炭的方法一般采用機械刮除法和化學除炭法，最新技術為加氫除炭法是更加優秀的方法。

（1）解體法（機械刮除法）

      用機械方法清除積炭時，一般采用鏟刀或金屬絲在氣缸蓋、燃燒室表面、活塞頂以及活塞環槽等部位做機械鏟除。機械刮除法雖然工作簡便，但由于積炭與金屬粘結得比較牢固，這種方法很難將積炭清除干凈，而且極易在金屬表面上留下傷痕，這些傷痕會成為新的積炭中心，導致更加嚴重的積炭。同時，由于柴油機拆卸重新裝配后，其動力、密封性能會遜色于原廠，所以一般情況下，清潔發動汽缸內的積碳不宜經常進行，否則柴油機性能將大打折扣。

（2）不解體法（化學除炭法）

      化學除炭法主要是用脫炭劑先將零件上的積炭軟化，然后加以清除。這種方法清除積炭較為徹底，也不會劃傷零件表面。

（3）最新技術（加氫除炭法）

      由于氫氣的參與，可以拓寬柴油機稀燃極限，影響過量空氣系數，進而改善柴油機的稀燃性能；在空燃比確定的情況下，隨著摻氫比的提高，燃燒持續期會縮短，表明摻氫確實可以提高火焰傳播速度；同一空燃比下，摻氫比越高，NOx排放量越大。這是因為氫氣的加入提高了燃燒溫度，而高溫是NOx形成的主要因素；摻氫可降低HC的排放，這是因為氫氣可以提高火焰傳播速度，減小淬熄距離，從而降低了不完全燃燒的可能性。C濃度由于氫氣的加入而有所降低也是HC排放下降的一個原因。在過量空氣系數小于1.7的區域，摻氫與否對于CO排放的影響不明顯，但一旦過量空氣系數超過1.7，摻氫越多，CO排放越低。這歸功于氫氣良好的燃燒特性，特別是在稀燃料的情況下。總而言之，通過柴油機摻氫燃燒，改善了柴油機燃燒特性，促進了混合氣的完全燃燒，提高了火焰的傳播速度和燃燒溫度，火焰熱量集中，燃燒速度快，穿透力強，促進了積炭的剝離與燃燒。對除炭試驗表明，通過將分離產生的氫氣引入柴油發電機組，對積碳進行物理去除與傳統使用化學催化劑的清洗相比，更環保、更便捷、也更加徹底。

 2、預防措施

（1）加注全新康明斯潤滑油

      為了讓柴油機發揮最強效果，建議經常給柴油機加注全新康明斯的潤滑油，它在柴油機內能夠潤滑機械部件，能抑制磨損，把積碳帶走。

（2）清洗燃油系統

      所有柴油機都有燃油系統，這是汽車燃油運行最重要的部分，建議定期把燃油系統的碳顆粒清理干凈，以免影響發動機的正常運行，減少積碳的產生。除碳效果如圖5所示。

（3）定期更換機油濾清器

      機油濾清器的作用是過濾機油，將雜質、沉淀物和碳渣過濾出來，以確保柴油機可以正常工作，建議定期更換機油濾清器，消除潤滑系統中積存的碳顆粒。更換步驟如圖6所示。

（4）按照最低氣溫選擇柴油牌號

      柴油機在工作的過程中，受到各種因素的影響，生成積碳的現象是不可避免的。工作人員應當結合柴油機積碳生成的原因來采取相應的措施，從而減少積碳的生成。在選擇柴油牌號的時候，工作人員要結合最低的氣溫來選擇。一般情況下柴油的零點要比當地當月的最低氣溫低4℃～6℃,所選擇的柴油要保證在最低氣溫的時候不能出現凝固或者結蠟的現象。當地區最低溫度在4℃以上，一般選用零號柴油。當最低溫度是處于-5℃以上的地區，一般選用-10號柴油。當地區最低溫度位于-5℃～-14℃,所適用的柴油是-20號柴油。當地區的最低溫度處于-14℃～-29℃,所選用的柴油是-35號。一般情況下，在選擇合適的柴油牌號時，應當是從該年的十月份到次年的五月份期間選用-35號柴油，其他的時間段可以使用零號柴油。

（5）正確使用柴油機

      在運轉過程中要加強對機油壓力以及溫度變化的監控，避免柴油機出現過熱工作的現象，保證柴油機不處于超負荷的工作狀態。當柴油機出現停機的情況時，工作人員要先卸除負荷，然后再降低油門，怠速運轉兩分鐘后再停止柴油機的運轉。當柴油機處于低溫的情況下，避免柴油機出現過冷工作的狀態，工作人員每天在首次使用柴油機的時候，一定要保證柴油機的油門處于怠速。當柴油機啟動正常之后，要先對柴機油壓力進行檢查，等機油壓力顯示正常后才能對機內的轉速進行提升，從而保證發電機的正常運轉。當發電機處于正常運轉的情況下，工作人員可以用中等的轉速來對柴油機進行預熱，當柴油機內的溫度升高到40℃之后才能進行負載運轉。

總結：

      柴油機在工作過程中積碳現象是不可避免的，如果柴油機內積碳過多，會影響柴油機的正常運轉，甚至造成比較嚴重的故障。為了保證柴油機的正常運轉，工作人員要做好對柴油機的檢查和保養，分析積碳形成的原因，及時解決存在的問題，從而延長柴油機的使用壽命。以上就是關于柴油發電機組積碳清理最佳方法的介紹，建議在柴油機積碳清理中加以使用，令柴油機運轉更加順暢，柴油機終生可靠。