新聞主題	柴油發電機的各種竄氣現象及其原因

 

摘要：一般而言，竄氣現象的出現，表明燃燒室內的高溫、高壓混合燃油氣已不能形成密封，輕者會造成柴油發電機燒機油、冒黑煙、功率下降，重者則會增大曲軸箱壓力，柴油發電機潤滑迅速惡化，導致曲軸磨瓦、活塞拉缸等惡性事故。因此，認識、了解和解決竄氣問題對康明斯用戶來說意義非常重大。康明斯公司在本文中發布了竄氣對柴油發電機性能的不利影響的論述，探討了柴油發電機各種竄氣現象及其原因。

一、柴油機竄氣故障的危害

 

      發動機竄氣是一個綜合故障，是發動機的常見故障之一。發動機竄氣是在做功過程中，汽缸內產生的高溫高壓膨脹氣體，一部分從非正常通道排出機體外部的一種現象，如圖1所示。它的產生和發展嚴重威脅著發動機的正常運轉，輕者降低輸出功率，浪費能源，重則損壞機件釀成事故。

1、功率損失大，燃料耗上升

      正常情況下，柴油發電機活塞和活塞環總成泄漏的氣體應小于進氣量的1%，當其竄氣超過規定值時，將引起功率損失增大，燃油消耗率增加。

2、潤滑油被惡化

（1）因竄氣溫度高，而且混入進氣的灰塵和氧化鋁之類物質，除加速機件磨蝕外，使機油粘度增高，油色變黑。

（2）當竄氣量增大時，由于氣體難以冷卻，往往使機油蒸發成白煙或油滴從廢氣管（曲軸箱呼吸管）處排出，如圖2所示。

3、機件過熱

      由于產生竄氣，活塞與活塞環溫度升高，使環槽和環上的潤滑油燒蝕而粘結。環失去彈力而卡滯或折斷，由此故障增多。

4、加劇機件磨損

      由于柴油機竄氣，活塞和活塞環的溫度升高，使環槽和環上的潤滑油燒蝕粘結，使活塞環失去彈性而卡死或折斷，導致故障增加。而因潤滑惡化和活塞環的粘結，不但致使汽缸和活塞及環磨損增加，也加劇了其他相關部分的早期磨損和腐蝕。

5、機油消耗變大

      因曲軸箱壓力增加，機油損失增大，增加了機油的消耗。

6、腐蝕零件

      廢氣中的二氧化硫遇水則生成亞硫酸，亞硫酸再遇到空氣中的氧而生成硫酸，會腐蝕、損壞發動機零件。

 

圖1  柴油機曲軸箱氣體（竄氣）過量現象

圖2  過量機油溢出曲軸箱呼吸器管

 

二、各種竄氣現象及其原因

 

      新的發動機曲軸箱竄氣量約為15～20L/min，而磨損的發動機曲軸箱竄氣量可高達80～130L/min，竄氣路線如圖3所示，而不同負載情況下竄氣如圖4所示。竄氣量是對一定的工況而言，在確定的工況下，曲軸箱竄氣量表示了汽缸活塞組的技術狀況和磨損程度。實驗表明，曲軸箱竄氣量與發動機功率下降和燃油消耗增加成線性關系。隨柴油機工作竄氣會越來越多必須排放出去否則會影響柴油機動力和損壞柴油機。曲軸箱竄氣中含有不少有害成份，所以從很早以前各國家都規定柴油機竄氣必須回收再燃燒，這才有了曲軸箱竄氣管把竄氣從進氣道吸入燃燒室再燃燒后從排氣管排出。

1、與氣門相關部件有關聯的竄氣

       這類竄氣現象發生在氣缸蓋部分，主要包括氣門與氣門座的間隙泄漏、氣門室竄氣。

      通常情況下，氣門與氣門座、排氣門與氣門導管這兩組配合間隙因相對磨損會逐漸增大，或氣缸蓋的局部由于鑄造缺陷出現了裂紋等情況，導致氣體通過間隙或裂紋進入氣門室而引起竄氣。此種情況下，應檢查與氣門相關的部件并進行針對性處理，如更換氣門、氣門座、氣門導管，進行氣缸蓋補漏等。

2、與氣缸套、活塞環有關聯的竄氣

      這類竄氣現象可在曲軸箱加油口處觀察到，應根據竄氣的嚴重程度進行相應的原因分析與處理。

（1）輕微竄氣

      當柴油發電機的使用時間較長，這種竄氣可判斷為氣缸套磨損嚴重，活塞環已達到彈力極限，不能很好地封閉氣缸內的氣體，如圖4所示；當柴油機剛檢修過，原因可能在于活塞環選用不合理，導致與氣缸套之間的間隙過大，或活塞環安裝錯誤所致，應拆機檢查并正確調整。

（2）竄氣量較大

      這種竄氣一般是由于活塞環斷裂、卡死，造成密封效果迅速下降，氣體從斷環的缺口處或環與缸套的間隙處竄入曲軸箱。如圖4所示。

（3）突發性噴氣

      通常還帶有少量機油，這種竄氣一般是因嚴重缺水或斷水而引起氣缸內溫度急劇升高，活塞與活塞環、缸套部分粘連，活塞大面積拉傷造成的。一旦出現這種現象，應立即熄火讓柴油發電機自然冷卻后再處理，切不可繼續運轉或加冷水降溫，否則將造成活塞、缸套與活塞環抱死，釀成更大事故。

3、與氣缸墊有關聯的竄氣

      一般是由于汽缸墊老化，缸體、缸蓋腐蝕引起的缸蓋和缸體之間的密封不嚴，導致壓縮氣體從間隙中竄到缸蓋、缸體周圍的冷卻水道、油道。這類竄氣現象可分為兩類：

（1）氣缸墊處有少量氣泡逸出

① 缸體上表面或缸蓋下表面上的凹坑與劃痕、缸墊厚薄不均、銅皮劃傷等微觀缺陷導致兩者結合面產生了微觀縫隙。

② 檢修時，氣缸墊與缸體、缸蓋接合部位未處理干凈，夾雜了塵土、油泥等，造成接合部有微小縫隙。

③ 檢修時，缸蓋螺栓緊固力矩不均勻，或未按規定順序緊固，造成缸蓋的微觀變形。

④ 檢修后，未進行二次緊固。無論如何，氣缸墊處竄氣要及時檢查處理，否則將造成嚴重的沖缸墊事故。

（2）上下竄氣

      上下竄氣即曲軸箱加油口和氣門罩處同時竄氣。主要原因是氣缸墊的油道口周圍燒損而與氣缸連通，高壓氣體通過油道竄出，上端竄入氣門室，下端竄入曲軸箱。油道竄氣會導致曲軸、凸輪軸、搖臂軸潤滑效果惡化，造成抱軸、燒瓦事故。應及時更換氣缸墊，排除油道竄氣。

 

圖3  發動機竄氣路線示意圖	圖4  不同負荷狀態下柴油機竄氣路線圖
圖5  柴油機活塞環輕微竄氣部位示意圖	圖6  柴油機活塞環竄氣量大部位示意圖

 

三、竄油竄氣的檢查方法

 

1、氣缸壓力測量

      首先采用汽缸壓力表逐缸檢查汽缸壓力，各缸壓力差不超過其平均值的10%。當汽缸壓力降低時，為了查明其降低原因，可用少量新鮮機油從火花塞孔注人汽缸內，再重新測量壓力。

2、目測觀察

      打開機油口的蓋子，慢慢加油，若竄氣嚴重，用肉眼就可以看出。若竄氣不嚴重，可以用一張白紙，放在離機油口5厘米左右的地方，然后加油，若竄氣、竄油，白紙上會有油跡，嚴重時油跡大。

3、檢查排氣顏色

      正常的柴油發電機在工作時排出的氣體應是無色的。柴油發電機帶負荷運轉時，排氣顏色一般為淡灰色，負荷略重時，則可為深灰色。如果排氣顏色為藍色，說明機油竄入燃燒室，氣缸內有機油燃燒。若機油油面正常，就是活塞問題，活塞環與氣缸壁磨損過大，間隙過大或氣缸進氣不暢，致使機油吸入燃燒室；如果排氣管冒黑煙，是混合氣過濃，點火時刻過時等原因。

      此外，還可檢查進氣歧管真空度等方法來判斷發動機的漏氣故障。在此基礎上分析故障產生的原因，然后對癥下藥，予以排除；同時采取有效措施進行預防，以杜絕此類故障的發生。

 

四、防止竄氣的注意事項

 

      柴油發電機出現各類竄氣現象，與主要部件的密封情況都有直接的關系。要杜絕竄氣現象的發生，必須加強對這些部件的維修、保養，提高檢修質量，這也是防范柴油發電機竄氣的根本途徑，廣大的康明斯用戶重點需注意以下幾個方面。

1、注意定期保養空濾與柴濾

      柴油發電機的使用環境相對較差，通過定期的保養空濾、柴濾，清理或更換濾芯，一方面可以防止空氣中硬質微粒進入缸內，避免或減少磨粒對缸套和活塞環的磨損，同時可提高燃油清潔度，減少大量的燃燒積炭，提高柴油機的經濟性、動力性與耐久性。

2、注意操作的規范性與科學性

      實際操作時要結合運行需要，盡量避免高負荷、長時間的連續運轉，增壓柴油機及冬季啟動后需怠速工況下運轉更長時間，等待油溫、油壓和水溫達到規定值后方可作業，嚴格禁止柴油機剛啟動就大負荷作業，而增壓柴油機停機前需進入怠速工況運轉幾分鐘。

3、注意經常檢查、補充和更換冷卻水、潤滑油

      這樣可以保證運動部件處于良好的冷卻與潤滑狀態，減緩運動件的相對磨損，防止高溫、拉缸等惡性事故的發生。

4、注意檢修質量

      檢修時，應認真檢查缸體、缸蓋平面度和缸套圓柱度以及各表面的粗糙度，發現缺陷應及時修補。要選用質量合格的配件，裝配時要做到零件清潔，順序合理，緊固力矩一致。檢修完畢后柴油機應運轉24小時或水溫達到80%，并對缸蓋螺栓進行二次緊固，方可投入正式使用。

 

總結：

      柴油機竄氣看似問題不大，但如果任其發展，就會惡化，超過安全線，后果更嚴重，不僅會導致潤滑油質量變差，油耗增加，還可能導致柴油發電機零部件出現問題。所以柴油機竄氣不可小覷，一定要知道竄氣的原因，才能對癥下藥。目前，柴油發電機竄氣的測量和控制技術在實際生產實踐中己得到廣泛的運用。對竄氣問題的重視己逐步深入到柴油發電機研究的一些重要領域，包括氣缸、活塞環摩擦副的磨損圖的優化，活塞環最佳幾何曲面的研究和曲軸箱通風系統的設計與布置等。柴油發電機的竄氣量控制標準是衡量柴油發電機制造質量的重要出廠指標之一。

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