柴油机排烟烟色故障分析

栏目:绘画 来源:中华物流网 时间:2019-07-01

摘要:明确柴油机排烟烟色的概念,阐述其生成机理,判断并分析了在使用过程中产生的排烟烟色及其影响因素

关键词:柴油机;排烟;烟色;故障分析    


柴油机自设计投产至今,已有近百年的历史,柴油机的种类、质量和产量都有了很大的发展和提高,各种系列的变型和配套产品多达几百种,作为汽车、工程机械、船舶、电站、农业排灌机械和其它工业配套的动力设备,在经济发展中发挥了积极作用。柴油机因其具有较好的动力性、经济性及环保性而日益广泛地用于汽车运输,工程机械与农业机械。 

   

柴油机与汽油机相比,主要区别在:①发动机的燃油供给系统不同:汽油机是通过化油器将汽油和空气的混合物送入发动机燃烧室,而柴油机是通过高压油泵将低压油升压再通过喷油嘴将柴油雾化喷入燃烧室来完成的。②燃烧方式不同:汽油机是靠火花塞点燃;而柴油机是通过较高的压缩比压燃的。因此,柴油机相对来讲故障较少,即使出现故障,亦容易判断和排除。本文主要对柴油机的排烟烟色生成机理进行叙述、判断和故障分析,仔细观察柴油机排气烟色,正确的判断及科学的分析可以有效地改善柴油机使用性能,降低故障发生率,提高柴油机经济性能。 


一、概述

 

柴油机在正常工作温度下,其燃料在汽缸内可以得到比较完全的燃烧,所排出的废气应该是无色透明的气体或者是带点淡蓝色或是淡灰色的气体。所谓无色不是完全无色,不能像汽油机那样无色,而是在无色中伴有淡淡的灰色,这是正常排气烟色。柴油机在怠速时排气烟色可能重一些,在高速、高负荷时也可能重一些,要注意观察正常排气烟色,才能对非正常的排气烟色进行判断和分析。柴油机燃料完全燃烧后,正常颜色一般为淡灰色,负荷略重时为深灰色。柴油机在工作中,会经常出现冒烟现象,柴油机排烟有黑色烟、蓝色烟、白色烟和黄黑色烟四种,它们是判断柴油机故障的条件之一,具体分析如下: 


二、排气冒黑色烟(碳烟)――说明气缸内柴油燃烧不完全,一部份碳元素悬浮在废气中,出现黑烟现象 

   

主要特征是,启动困难,排黑色烟;低速排烟严重,高速排烟减轻或消失;中低速排烟正常,急加速排烟又严重;各种转速工况下,连续或断续排烟,伴有异常的金属敲击声。 

   

黑色烟也称碳烟,柴油机排气冒黑色烟主要是燃料混合气过浓,可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。柴油机在高温、高压燃烧条件下,局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒,是燃烧室内燃料燃烧不完全的表现。由于柴油机是非均质燃烧,燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的,而且随着时间而变化的,所以黑色烟很可能是由许多不同途径生成的。柴油是复杂的碳氢化合物,喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解,形成炭黑,排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。 

   

黑色烟是不完全燃烧产物,是烃燃烧在高温缺氧情况下裂解过程释出并聚合而成的。某些情况下燃油喷射在燃烧室壁面上,形成液态油膜,油膜是最后蒸发的一部分,它的燃烧取决于其蒸发速度和燃料蒸气与氧的混合速度。如果周围气体中氧的浓度太低,或混合的速度不够时,从油膜蒸发的燃料气体将被分解,并产生未燃烃、不完全氧化产物和黑色烟。 

   

柴油机燃烧过程中黑烟的生成可以概括为三个阶段 ――成核阶段、单粒阶段、单粒的燃烧消失或附聚成更大絮团。影响其生成的主要原因为: 

   

1.活塞环、气缸套等磨损 

   

气门、活塞环、气缸套磨损后,引起压缩压力不足以及机油上窜燃烧室,使气缸在压缩行程结束时,混合气混合的正常比例改变,使燃油在无氧条件下燃烧,燃烧过程容易产生积炭,排出的废气形成大量黑色烟雾。 

   

2.燃烧室形状改变 

   

燃烧室形状因制造质量及长期使用导致技术状况下降,压缩余隙过大、过小以及活塞位置装错,都会使燃烧室的形状和容积改变,从而影响燃油与空气的混合质量,使燃油燃烧条件变坏。 

   

3.喷油器工作不良 

   

柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切,在柴油机喷油过程中,每次喷油即将结束时,喷油压力下降,雾化质量差,使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4?―5倍 (体积约增大100倍),这些油滴蒸发与燃烧的时间短,周围氧的浓度低,容易产生碳烟。喷油器不雾化、雾化不良或滴油,将使喷入汽缸内的柴油颗粒大小分布不均匀,使燃料不能充分地与气缸内的空气混合,也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显,因为低速运转时气缸内进气涡流较弱,油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长,更容易形成碳黑排出。 

   

4.供油量过大 

   

供油量过大,使进入汽缸内的油量增多,造成油多气少,燃油燃烧不完全。另外,工作负荷过重、燃油质量低劣、工作温度过低也会引起排气冒黑色烟。 

   

柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的,特别是在空间混合燃烧的柴油机中,由于高温气体包围着液态的油滴,造成了有利于裂解反应的条件,因此在燃烧初期产生了大量的碳粒,这一点已为燃烧过程的高速摄影所证实。柴油机在正常燃烧时,在排气门打开以前,燃烧初期所形成的大量碳粒可以基本烧完,排气基本上是无烟的。只是在某些不利工况下,碳粒不能及时燃烧,反而团聚吸附,在气缸中和排气过程中形成更大的碳烟粒子或絮团,使排气冒黑色烟。 

   

5.供油提前角调整不当 

   

供油提前角过大,燃油过早喷入燃烧室内,由于此时气缸内压力温度较低,燃料不能着火燃烧,当活塞上行,气缸内达到一定压力和温度时,可燃混合气燃烧。在直喷式柴油机中,当其它参数不变时,加大喷油提前角可以降低排气烟度。 

   

因为加大喷油提前角会使滞燃期加长,使着火前喷入气缸的油量增加,预混合量增加,预混合气增多,加快了燃烧速度,燃烧可较早结束,从而使主燃期的形成碳粒具有较高的温度和高温下停留较多的时间,有利于碳粒氧化消失。然而过早的喷油增加了预混燃料量,使柴油机工作粗暴,燃烧噪音增大,并引起较大的机械负荷,以及较多的黑烟(COX)排放。 

   

供油提前角过小,喷入汽缸内的燃油过迟,最后喷油结束时活塞已经下行,汽缸内的容积增大,压力减小,温度降低,一部分燃料来不及形成可燃混合气就被分离或排出,致使部分在排气管中随废气排出的燃油料受高温分解、燃烧,形成黑色烟随废气一同排出。 


三、排气冒蓝色烟――表示过量机油进入汽缸,燃烧完受热蒸发成蓝色油气而未燃烧,随废气排出,即烧机油 

   

主要特征是,低温排烟严重,温度升高后排烟减轻或消失;中小负荷排烟轻微,大负荷高速时排烟严重;各种转速工况下断续或连续排烟。 

   

排气冒蓝色烟,一般情况下是柴油机使用日久,慢慢开始烧机油引起的,随着蓝色烟雾的加重,烧机油越来越多,就应考虑维修柴油机了。有时燃油中混有水分,或有水分漏入燃烧室中,引起燃烧的改变,柴油机会冒浅蓝色烟。影响其生成的主要因素为: 

   

1、空气滤清器阻塞,进气不畅或油盆内油面过高(油浴式空气滤清器),使进入汽缸内的气量减少,燃油混合气正常比例改变,造成油多气少,燃油燃烧不完全,也会引起排气冒蓝色烟。 

   

2、油底壳内润滑油加入过多,曲轴高速转动使机油过量,曲轴高速转动使机油飞溅到汽缸壁上,并窜入燃烧室中。 

   

3、长期低负荷(标定功率的40%以下)运转,活塞与缸套之间的间隙过大,使油底壳内润滑油容易窜入燃烧室,与气缸中的燃料混合气混合,改变混合气正常比例,燃烧不完全,引起排气冒蓝色烟,同时伴有曲轴箱废气增多现象出现。 

   

4、活塞环卡住或磨损过多,弹性不足,安装时活塞环倒角方向装反,因各环口处于同一直线上而形成活塞环口,油环回油孔被堵塞,使大量机油上窜至燃烧室燃烧,润滑油燃烧后产生蓝色水气烟雾排出。 

   

5、在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁,活塞、气缸套磨损等状况将致使润滑油上窜燃烧室,并与燃油混合气一同燃烧。 

  

6、气门和导管间隙过大,摇臂室内机油被大量吸入燃烧室内燃烧,形成蓝色烟。 


四、排气冒白色烟――表示柴油雾滴在汽缸内未能燃烧,柴油或汽缸中有水 

   

主要特征是,启动困难或启动排白烟或类似水蒸气的白色烟雾;低温低速时排烟严重;随着温度和转速的升高,排烟减轻或消失;各种转速工况下,持续或断续排白色烟。 

   

白色烟是指排气烟色为白色,它与无色不同,白色是水蒸汽的白色,表示排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。白色烟呈液珠状态,和蓝烟相比较直径稍大,一般大于1μm。在光的折射下呈白色,柴油机的白色烟是未燃烃(含燃油和润滑油)、水蒸汽以及不完全燃烧的中间产物(如含氧碳氢),除水蒸汽外,它们也都属于微粒范畴。柴油机在刚起动时或冷机状态时,排气管冒白烟,是因为柴油机气缸内温度低油气蒸发而形成,冬季尤为明显。柴油机在寒冷天气运行时,柴油机温度低,排气管温度也低,有水蒸汽排气凝结成水汽形成白色排烟,是正常现象。若当柴油机温度正常,排气管温度也正常时,仍然排出白色烟雾,说明柴油机工作不正常,可判断为柴油机故障。 

   

影响其生成的主要因素为: 

   

1、气缸套有裂纹或气缸垫损坏,随着冷却水温度和压力的升高,冷却水进入气缸。排气时形成容易形成水雾或水蒸汽。 

   

2、喷油器雾化不良,喷油压力过低,有滴油现象。在气缸中燃油混合气不均匀,燃烧不完全,产生大量的未燃烃,排气时容易形成水雾或水蒸汽。 

   

供油提前角过小。活塞上行至气缸顶前喷入气缸中的燃油过少,形成较稀的可燃混合气,过迟的喷油减少了预混燃料量,预混合量减少。预混合气减少,降低了燃烧速度,燃烧结束较晚,燃烧形成大量的水汽烟雾。 

   

燃油中有水份和空气。水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气,燃烧不完全,产生大量的未燃烃排出机外。 

   

3、活塞、气缸套等磨损严重引起压缩力不足,造成燃烧不完全。 

   

柴油机刚启动时,个别气缸内不燃烧(特别是冬天),未燃烧的燃油混合气随其它工作缸的废气排出形成水气烟雾。 


五、排气冒黄黑色烟

 

主要特征是,启动运转初期中速阶段排黄黑色烟;温度升高或负荷增大后,排黄黑色烟现象逐渐减轻或消失,表现为怠速时易熄火,机体抖动;同时,进气管“呛气”,排气管放炮,柴油机动力不足,启动困难。 

   

排气冒黄黑色烟,柴油机工作还算正常,但烟雾颜色加重呈灰色或接近于黑色就不正常了,除了上述排烟黑色的原因外,还可能有进气不畅即空气供给不好的原因。当取下进气空气滤清器后,排气烟色由深变浅甚至变为无色时,就是空气滤清器堵塞了,应检查引起进气不畅的原因。

 

六、结论

 

排烟烟色异常是柴油机内部故障的综合反映,通过对排烟烟色异常的分析,了解其产生原因以及影响因素,可以依据此因素对排烟不正常的柴油机进行调整、维护,及时处理可保证柴油机正常使用,改善柴油机使有性能,降低故障发生率,避免不必要的经济损失,提高柴油机经济性能。 

   

参考文献: 

[1]孙培廷.船舶柴油机.辽宁.大连海事大学出版社.1999. 

[2]杨玉如.柴油机与汽车理论.北京.人民交通出版社.1988. 

[3]曹普照,何雷等.135系列柴油机使用保养说明书. 

[4]程至远,解建光.内燃机排放与净化.北京.北京理工大学出版社.2000. 

[5]阮继华.柴油机排烟异常的分析与对策.天津航海.2001.



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