新聞主題	柴油機進排氣系統常見故障和原因分析

 

摘要：柴油機進排氣系統是指包含了渦輪增壓器系統在內的全部的進氣系統和排氣系統，它是作為柴油機的五大系統之一，在柴油機正常運轉的情況下需要進排氣系統的可靠運行，為其提供清潔充足的空氣。本文論述了柴油機進排氣系統故障的分析意義，針對柴油機的一些常見的進排氣故障原因和機理進行分析。

 

一、進排氣系統工作原理

 

      進排氣系統是柴油機的重要組成部分，其主要功能是將柴油機的燃料和廢氣有效地進出，它通過一系列的組件和管道來實現這一功能，保證柴油機正常運行。排氣系統的工作原理如圖1所示，各部件所在位置如圖2所示。

1、進氣系統的工作原理

      進氣系統的主要任務是將空氣引入柴油機進行燃燒。進氣系統由進氣道、空氣濾清器、節氣門、進氣歧管等組成。

（1）空氣通過進氣道進入進氣濾清器。進氣濾清器的作用是過濾掉空氣中的雜質，保證進入柴油機的空氣干凈。然后，干凈的空氣通過節氣門進入進氣歧管。節氣門的作用是控制進氣量，根據柴油機的工作狀態調整氣門的開合程度，以達到最佳的進氣效果。

      進入進氣歧管后，空氣被分配到不同的汽缸中。每個汽缸都有一個燃燒室，其中包含氣缸、活塞和氣門等部件。進入燃燒室的空氣與燃料混合后，經過壓縮和點火，產生爆炸，驅動活塞運動，從而產生動力。

2、排氣系統的工作原理

      排氣系統的主要任務是將燃燒產生的廢氣排出柴油機，并減少廢氣對柴油機的影響。排氣系統由排氣歧管、排氣管、消聲器等組成。

（1）廢氣產生后，首先進入排氣歧管。排氣歧管的作用是將廢氣從不同汽缸中集中到一起，然后通過排氣管排出。排氣歧管的設計對廢氣的排放和柴油機性能有重要影響。合理的排氣歧管設計可以提高排氣效率，減少排氣壓力損失，提高柴油機的功率輸出。

（2）隨后，廢氣進入排氣管。排氣管的主要作用是將廢氣從柴油機盡可能快地排出。排氣管的設計需要考慮到廢氣的流動性和減少噪音。一般情況下，排氣管會采用曲線設計，以減少廢氣的壓力損失。

（3）廢氣進入消聲器。消聲器的作用是減少廢氣排放時產生的噪音。消聲器內部通常有一系列的隔音材料和隔板，通過反射、吸音和消聲來減少噪音。

      總結起來，進排氣系統的工作原理是通過合理的設計和安裝，將空氣和廢氣在柴油機內外的流動中進行導流和控制，以保證柴油機的正常運行。進氣系統將干凈的空氣引入柴油機進行燃燒，而排氣系統則將燃燒產生的廢氣排出并減少噪音。這兩個系統的協同工作保證了柴油機的高效運行和環境友好。通過以上的介紹，可以了解到進排氣系統的工作原理，它是柴油機正常運行的重要保障。進排氣系統的設計和優化對柴油機的性能和排放有著重要影響。只有理解和掌握進排氣系統的工作原理，才能更好地進行柴油機的進排氣系統的故障分析。

 

圖1  柴油機進排氣裝置原理示意圖

圖2  柴油發電機進排氣系統位置圖

 

二、進排氣系統的主要故障分析

 

1、增壓器系統的常見故障分析

      柴油機增壓器系統的主要部件是由進氣歧管、排氣歧管、渦輪增壓器等組成，如圖3所示。渦輪增壓器是柴油機進排氣系統的重要循環部件，在柴油機的運轉過程中，必須保持柴油機、廢氣渦輪和壓氣機三者之間的能量平衡，即柴油機在某一功率下排出廢氣所產生的能量被渦輪吸收，渦輪的到能量傳給壓氣機，壓氣機將能量傳給壓縮空氣，此壓縮空氣正好能滿足柴油機在此功率下所需的空氣量。

（1）增壓器喘振

      增壓器喘振是進排氣系統常見的故障之一，其表現為壓氣機出現劇烈的氣流波動，并伴有很大的吼叫聲。氣流以周期性的、強烈的脈沖形式表現出來，即氣流的壓力、速度和流量的急劇的變化。當增壓器發生喘振時，會使主機工況下降，自動降速。當不能越過喘振區時，主機只能降功率運行。造成較大的經濟損失。原因主要有：

① 增壓系統流道阻塞是引起增壓器喘振最常見的原因；

② 柴油機低速高負荷運行；

③ 柴油機各缸負荷嚴重不均勻；

④ 柴油機負荷聚變；

⑤ 渦輪增壓器與柴油機運行會發生匹配失調。

（2）軸承燒損

      軸承是增壓器中的重要部件之一，保證增壓器的正常可靠的運轉，防止轉子合件徑向串動的浮動軸承一起，完成轉子的完整的定位，使得增壓器的轉子在設計位置轉動，不會偏向與中間體、渦殼等摩擦。而軸承燒損大多數是由于滑油壓力過低、油量供應不足或斷油、滑油過臟或油中混入金屬磨屑等原因造成的。

（3）渦輪增壓器有異常響聲

      渦輪增壓器有異常響聲的原因可能是葉輪損壞或轉子葉輪與殼體的間隙過小，軸承與止推片磨損嚴重，轉子游動量過大造成葉輪外緣與殼體碰擦，或軸承、密封環等運動件的干摩擦都會引起增壓器的異常響聲。

（4）增壓器超溫

      增壓器超溫的原因有排氣溫度過高、滑油回油溫度過高、冷卻水溫度過高和增壓壓力下降，導致空氣流量減少，造成增壓器溫度過高。

2、氣閥的常見故障分析

      柴油機在工作時，會發出有節奏的并且連續的“嗒、嗒”聲音，響聲會隨著柴油機的轉速升降而產生增減。故障原因：

（1）氣閥因磨損或者裝配不正產生的間隙過大。

（2）氣閥彈簧斷裂。

（3）凸輪軸的磨損嚴重造成凸輪的頂部與底部跳動過大，從而發出響聲。

      柴油機氣閥密封不嚴，會產生黑煙、低溫的白煙或高溫黑煙，還會出現動力不足，也可以聽到漏氣聲。故障原因：現代柴油機排氣閥門系統的接觸表面經歷了復雜的工作狀況，并在高溫和高壓下重復運動。表面的磨損率必須非常低，以滿足在整個使用壽命期間對柴油機效率的高要求。在四沖程柴油機中，進氣門打開以使空氣流入燃燒室，然后關閉以促進燃料和空氣混合物的壓縮和燃燒。在這個階段，排氣閥關閉，然后打開以使熱的燃燒產物流出室，之后它們關閉并重復該過程。閥門的接觸表面遇到復雜和苛刻的接觸情況。閥的關閉涉及對閥座的相對較高的沖擊。此外，緊鄰燃燒的位置也意味著經受高溫，特別是對于被熱燃燒殘余物重復通過的排氣閥，會使排氣閥積碳。

3、空氣過濾器的常見故障分析

      柴油機使用的空氣濾清器可分為慣性式、過濾式、綜合式等幾種形式，它是可以清除空氣中的微粒雜質和塵埃，防止管路發生堵塞的裝置。保證柴油機在工作過程中吸入空氣的清潔，從而減少缸套與活塞之間的磨損，延長柴油機的工作壽命。如果吸入空氣中含有塵埃或其余雜質將會發生加劇柴油機的零件磨損，也會導致進氣量不足，燃油得不到充分的氧氣不能完全燃燒，促使柴油機功率降低，油耗增加，經濟性能降低，排煙變黑，排氣溫度升高，冷卻水溫度升高。所以要及時更換和清洗空氣過濾器。

4、排氣管路的常見故障分析

      柴油機排氣管排出的廢氣帶動渦輪增壓器運轉，排氣管路堵塞（特別是消聲器部分，如圖4所示）將會使排氣不暢，柴油機的排氣背壓增大，渦輪增壓器運轉異常，柴油機過熱，轉速下降，功率降低，動力不足。如果柴油機排氣管道聚集物過多導致管路堵死，柴油機將會出現啟動困難，甚至不能啟動原因是由于燃油燃燒不完全產生大量黑煙或是固體顆粒物，附著在排氣管路上，造成排氣管路堵塞甚至完全堵死。

 

圖3  柴油機渦輪增壓器結構示意圖

圖4  柴油機消聲器立體三維圖

 

總結：

      進排氣系統柴油機重要系統之一，進排氣系統的工作狀況良好，會使柴油機運轉優良，排氣溫度、進氣溫度、增壓器運轉、燃油消耗和功率輸出保持正常。因此保持柴油機進排氣系統的正常運轉是至關重要的，必須認知對待，日常維護管理人員，應重視柴油機進排氣系統的日常維護，定時檢修，以保證柴油機處于最佳工作狀態。

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