故障檢修與技術維護

柴油機冒黑煙、冒白煙和藍煙三種煙色的原因分析

摘要：柴油發(fā)電機在正常工作溫度下，其排氣煙色應該是無色或淡灰色，所謂無色不是完全無色，不能像汽油機那樣無色，而是在無色中伴有淡淡的灰色，這是正常排氣煙色。柴油機在怠速時排氣煙色可能重一些，在高速、高負荷時也可能重一些，要注意觀察正常排氣煙色，才能對非正常的排氣煙色進行判斷和分析。柴油機燃料完全燃燒后，正常顏色一般為淡灰色，負荷工作時為深灰色。柴油機在工作中，會經常出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，柴油機排煙有黑煙、藍煙、白煙三種，它們是判斷柴油機故障的條件之一。如果排出的煙呈黑色、藍色及白色均屬不正常，應查明原因，及時排除，使柴油機恢復正常工作狀態(tài)，以延長零部件的使用壽命，提高其動力性和經濟性。

一、故障現(xiàn)象

 

      柴油發(fā)電機正常工作時，排出的廢氣呈淡灰色，只是在加速時會出現(xiàn)一股黑色排煙，所以當出現(xiàn)煙色異常時，會出現(xiàn)以下現(xiàn)象。

1、冒黑煙

      這是柴油發(fā)電機不完全燃燒的特征。此比時排出的廢氣中有大量固體炭粒。有時甚至帶火星，并伴隨排氣溫度的升高。

      排氣冒黑煙（碳煙）黑煙也稱碳煙，柴油機排氣冒黑煙主要是燃料混合氣過濃，可燃混合氣形成不良或燃燒不完善等原因造成的。柴油機在高溫、高壓燃燒條件下（燃燒過程曲線如圖1所示），局部缺氧、裂解并脫氫而形成的以碳為主要成分的固體微小顆粒，是燃燒室內燃料燃燒不完全的表現(xiàn)。由于柴油機是非均質燃燒，燃燒室內各區(qū)域的化學反應條件是不一致的，而且隨著時間而變化的，所以黑煙很可能是由許多不同途徑生成的。柴油是復雜的碳氫化合物，噴入燃燒室內未燃燒的柴油受高溫分解，形成炭黑，排氣時隨同廢氣一起排出形成黑色煙霧。黑煙是不完全燃燒產物，是烴燃燒在高溫缺氧情況下裂解過程釋出并聚合而成的。某些情況下燃油噴射在燃燒室壁面上，形成液態(tài)油膜，油膜是最后蒸發(fā)的一部分，它的燃燒取決于其蒸發(fā)速度和燃料蒸氣與氧的混合速度。如果周圍氣體中氧的濃度太低，或混合的速度不夠時，從油膜蒸發(fā)的燃料氣體將被分解，并產生未燃烴、不完全氧化產物和黑煙。

2、冒白煙

      這是柴油發(fā)電機廢氣中水或燃油蒸汽的特征。此時柴油發(fā)電機排出的廢氣呈白色霧狀，并伴隨著柴油發(fā)電機功率下降和轉速不穩(wěn)。燃油系統(tǒng)在柴油機上部件位置如圖2所示。

      白煙是指排氣煙色為白色，它與無色不同，白色是水蒸氣的白色，表示排煙中含有水分或含未燃燒的燃油成分。白煙呈液珠狀態(tài)，和藍煙相比較直徑稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油機的白煙是未燃烴（含燃油和潤滑油）、水蒸氣以及不完全燃燒的中間產物（如含氧碳氫），除水蒸氣外，它們也都屬于微粒范疇。柴油機在剛起動時或冷機狀態(tài)時，排氣管冒白煙，是因為柴油機氣缸內溫度低油氣蒸發(fā)而形成，冬季尤為明顯。柴油機在寒冷天氣運行時，柴油機溫度低，排氣管溫度也低，有水蒸氣排氣凝結成水氣形成白色排煙，是正常現(xiàn)象。若當柴油機溫度正常，排氣管溫度也正常時，仍然排出白色煙霧，說明柴油機工作不正常，可判斷為柴油機故障。

3、冒藍煙

      此時柴油發(fā)電機排出的廢氣呈藍色霧狀，并伴有嗆人的煙味和柴油發(fā)電機機油消耗增加。排氣冒藍煙，一般情況下是柴油機使用日久，慢慢開始燒機油引起的，隨著藍色煙霧的加重，燒機油越來越多，就應考慮維修柴油機了。有時燃油中混有水分，或有水分漏入燃燒室中，引起燃燒的改變，柴油機會冒淺藍色煙。

 

圖1  柴油機燃燒過程曲線圖

圖2  康明斯燃油系統(tǒng)部件在柴油發(fā)動機上位置圖.

 

二、后果危害

 

      柴油在柴油機氣缸內燃燒的作用就是將柴油中的化學能釋放出來，變?yōu)闅怏w的熱能，使氣缸中氣體的溫度和壓力升高，從而推動活塞膨脹做功，達到熱能轉化為機械能的目的。燃燒過程在柴油機的工作循環(huán)中起加熱作用。氣缸中柴油噴油量的多少以及燃燒程度決定了可能釋放出熱能的數(shù)量，也就是決定了熱量的多少，它對柴油機的功能指標和經濟指標有著決定性的影響。燃燒完善就是柴油在氣缸內充分燃燒，盡可能地將化學能轉化為熱能釋放出來達到對外做功目的。也就是說：柴油中的可燃成分碳和氫能夠在氣缸內與氧氣進行化學反應，全部生成二氧化碳和水，這樣柴油機的工作性能就好，空氣利用率高，排氣時帶走的熱量就少，熱能轉化為機械能的部分就多，其經濟指標就高，此時外部表現(xiàn)排煙呈銀灰色。

      而柴油發(fā)電機當出現(xiàn)煙色異常時，會帶來以下危害∶

1、功率下降，燃油消耗增加

      因為黑煙是不完全燃燒的產物。當燃燒不完全時，勢必造成熱效率下降，使油耗增加、功率下降。

2、機油消耗增加

      因為藍煙是機油不完全燃燒的產物，出現(xiàn)藍煙，勢必造成機油消耗增加。

3、排放增加

      藍煙、白煙是低溫不完全燃燒的產物，黑煙是高溫不完全燃燒的產物這些產物成炭煙、HC、C0等排放到大氣中，對環(huán)境起到污染作用。

4、使設備壽命減低

      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，柴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，使得柴油發(fā)電機組功率下降，并導致柴油機積碳嚴重，加速其磨損程度，進而導致柴油發(fā)電機組使用壽命下降，使得運行效率降低。

 

三、原因分析

 

      由于黑煙、白煙、藍煙是三種不同性質的異常煙色，所以其生成的原因也是不相同的，主要原因如圖3所示，下面分別予以分析。

1、冒黑煙

      既然黑煙是燃油不完全燃燒的產物，因此造成冒黑煙的原因主要由燃油。燃燒系綜的故障和進排氣系統(tǒng)故障引起。柴油發(fā)電機之所以冒黑煙，是由于略入柴油發(fā)電機氣缸內的傾油在燃燒時，局部高溫缺氧裂解，并脫氫而變成以碳為主要成分的固態(tài)微小顆粒。是一種不完全燃燒的產物。一般用煙度來表示，其單位是BSU（波許）。所以無論是燃油系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，還是進排氣系統(tǒng)，凡是影響燃燒完全性的因素，均可引起冒黑煙。

（1）噴油器霧化不良，油粒大小不均或太大，與空氣無法良好地、均勻地混合，局部地區(qū)在燃燒時缺氧，高溫裂解，從而產生黑煙。噴油器結構如圖4所示，同時試驗表明，當有一個缸霧化不良，此時盡管燃油耗只增加0.1%，但煙度卻可達到4BSU。

（2）噴油器異常噴射（包括二次噴射、隔次噴射、多次噴射或滴漏），將使燃料在氣缸著火后仍繼續(xù)噴入氣缸，這部分燃油是在高溫缺氧情況下燃燒的，所以容易產生冒黑煙。

（3）個別氣缸供油量過大或者柴油發(fā)電機超負荷運轉，都是缸內燃油過多，空氣不足，燃燒缺氧，從而引起冒黑煙。其實，拉缸、抱軸引起冒黑煙也是這個道理。此時，柴油發(fā)電機摩擦功大大增加，加大氣缸作功能力，才能發(fā)出同樣大的有效功，這也相當柴油發(fā)電機超負荷運轉，從而造成冒黑煙。

（4）柴油質量不符合要求，特別是十六烷值太低，使柴油發(fā)電機著火性能變差，燃燒差火落后期變大，造成冒黑煙。

（5）高壓油管內孔變形，將導致油管流通能力和油管壓力變化，從而引起噴油器二次噴射和影響霧化質量；噴油泵柱塞磨損大.出油閥磨損大造成油管壓力降低，從而惡化了噴油器霧化質量。這一切都使燃油燃燒不完全，局部高溫缺氧，引起冒黑煙。

（6）康明斯系列柴油發(fā)電機的噴油器伸出缸蓋平面高度有一定要求，為2.4-3.0mm，當在拆裝過程中將墊件搞錯，將導致油頭伸出缸蓋平面距離太大、太小，這樣就不能保證噴出的霧矩和燃燒室形狀很好的吻合，或噴到燃燒室壁，或噴到缸蓋下平面，造成局部的燃油不能很好和空氣接觸.混合，引起燃燒局部高溫缺氧產生黑煙。

（7）柴油發(fā)電機燃燒時的一個重要條件是，氣缸要有一定的壓縮壓力和壓縮溫度。當活塞環(huán)密封不良、氣門密封不良，均使缸內壓縮壓力不足，從而造成燃燒不充分，產生黑煙。

（8）柴油發(fā)電機的換氣系統(tǒng)的作用是根據(jù)柴油發(fā)電機的工況大小，定時定規(guī)律定量地供給柴油機新鮮空氣，并將廢氣排走。當空濾器污堵、壓氣機污堵、中冷器污堵、排氣消聲器污堵，以及增壓器故障引起的進氣壓力不足，均使進入柴油發(fā)電機氣缸的空氣量不足，造成燃燒時的空氣不足、高溫缺氧，產生黑煙現(xiàn)象。

（9）配氣相位不對，既易造成柴油發(fā)電機進氣不足、排氣不暢，還使進排氣的規(guī)律發(fā)生變化，從而影響柴油發(fā)電機正常換氣，燃燒，引起冒黑煙。

 

圖3  柴油機冒黑煙故障原因

圖4  電控噴油器結構圖

 

2、冒白煙

      白煙是柴油發(fā)電機低溫起動運轉后，柴油未燃微粒或水汽所形成的液體霧粒，是低溫產物。不同于固體狀的黑煙。所以分析原因時，應抓住這個特點。

（1）水汽的原因

      既然白煙成分之一是水蒸汽，所以凡是在柴油發(fā)電機燃燒中能產生水蒸汽的因素都是造成冒白煙的原因。柴油中含水、缸蓋漏水、中冷器漏水，甚至機油內含水，在柴油發(fā)電機燃燒過程中，這些水成水蒸汽形式從排氣管排出，呈白煙狀態(tài)。這種情況低速低負荷特別明顯。而在高負荷時基本消失，除非含水特別多。不過此時柴油發(fā)電機會出現(xiàn)轉速不穩(wěn)和功率下降。

（2）燃氣的原因

      既然冒白煙的成分之一是未燃燒的柴油蒸汽，所以凡是在柴油發(fā)電機燃燒過程中產生柴油蒸汽的因素都是造成柴油發(fā)電機冒白煙的原因。當然，這種情況也是在柴油發(fā)電機低速低負荷時發(fā)生的。

① 噴油器霧化不良

      燃油和空氣混合不良，不具備著火條件，而在低速低負荷時未被燃燒，而呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產生白煙。

② 各缸供油量不均。

      低速低負荷時，只有供油量大的氣缸著火燃燒，而供油量小的氣缸的燃油未及燃燒，呈蒸汽狀態(tài)，從氣缸排出，產生白煙。

③ 氣缸溫度太低。

      水溫低或環(huán)境溫度低，氣缸壓縮溫度低，均造成缸內著火條件不良，使噴入氣缸之燃油未及燃燒，呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產生白煙。

④ 供油提前角太晚

      柴油和空氣混合條件不充分，未及良好燃燒，一部分燃油呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產生白煙。

3、冒藍煙

      藍煙也是柴油發(fā)電機低速低負荷運轉時，機油在幾乎沒有燃燒或只有部分燃燒或處于分解狀態(tài)，液體微粒也是低溫產物。所以形成藍煙的因素也是機油消耗高的原因。機油消耗高主要由于機油進入燃燒室，被不完全燃燒排出氣缸。而機油進入燃燒室主要途徑之一是從缸蓋活塞之間里飛濺.泵吸。所以影響缸套活塞間密封和飛濺過度的因素，均是造成機油竄入燃燒室的原因。

（1）活塞環(huán)卡住、折斷、彈力消失、漏光、開口間隙過大、扭曲環(huán)位置裝錯，或四道活塞環(huán)開口未錯開，均造成活塞環(huán)和缸套貼和不良、密封失效，使機油竄入燃燒室，造成機油消耗高。

（2）活塞外圓磨損過大、環(huán)槽磨損過大及缸套磨損過大、失圓，也均造成活塞缸套間隙過大，使機油竄入燃燒室，造成機油消耗高。

（3）機油進入燃燒室的另一途徑是機油從進氣道被吸入燃燒室，所以這方面的因素也是機油消耗高的原因。

（4）當缸蓋回油孔不暢，潤滑搖臂的機油回不到油底殼，使存在缸蓋上罩殼的大量機油從氣門導管進入燃燒室，造成機油消耗過高。

（5）當主油道到缸蓋搖臂的節(jié)油閥未裝，或者節(jié)流閥孔太大，從主油道到搖臂的油太多，無法全部從缸蓋回油孔回到油底殼，而積聚在缸蓋上罩殼內，從氣門導管進入燃燒室，造成機油消耗過高。

（6）當氣門導管與氣門桿磨損嚴重，間隙過大時，也造成機油從此處大量進入燃燒室，造成機油消耗過高。

（7）當空氣濾清器臟污，空氣吸入真空度大，當大于5.5kpa時，或者增壓的封油系統(tǒng)失效，增壓器的潤滑油被吸入壓氣機，而進入氣缸，造成機油消耗過大。

 

四、診斷方法

 

      對煙色異常的診斷，首先用眼睛來分辨出冒黑煙還是冒藍煙、冒白煙。

1、對于冒黑煙

      可用不透光煙度儀測量出煙度的大小，結構如圖5所示。不透光煙度計不僅可以測柴油機排氣中的黑煙，而且可以測藍煙和白煙排放，對低濃度的可見污染物有較強的測量能力，可以實現(xiàn)排氣煙度的連續(xù)測量。其測量單位用FSU（波許）表示。具體診斷原因和部位時，可用部分停止或比較法，判斷是否是燃油系統(tǒng)故障引起。并可用儀器法進一步是燃油系統(tǒng)的那一部位；對配氣系統(tǒng)故障可用析檢法或儀器法，具體判斷是那一個部位。

2、對于白煙

      如圖6所示。可用一張硬紙對準排氣口。讓白煙噴到白紙上，根據(jù)白紙上的液珠，判斷是水汽引起還是燃油系統(tǒng)引起。水汽液珠無味，燃油液粒有煙味。再用析檢法查出漏水原因或燃油不霧化的原因。

3、對于冒藍煙

      可用部分停止法和觀察法先找出竄機油的原因。

（1）部分停止法

      經分析懷疑故障是由某一工作部位所引起時，可使該部分局部停止工作，觀察故障現(xiàn)象是否消失，從而可斷定故障發(fā)生部位。如柴油機冒藍煙，分析認為是空氣濾清器過臟所造成的。此時可將拆掉或更換全新空濾，若藍煙消失，運轉穩(wěn)定，則可證明判斷正確。

（2）觀察法

      觀察法就是柴油機修理工按照柴油機使用者指出的故障發(fā)生的部位仔細觀察故障現(xiàn)象，而后對故障做出判斷，這是一種應用最多的最基本的也是最有效的故障診斷法。

      例如對發(fā)機排氣管冒藍色煙霧的故障，可以通過冒藍煙的現(xiàn)象來判斷，如在使用過程中長期冒藍煙，發(fā)動機使用里程又很長，一般可以判斷為氣缸或活塞環(huán)磨損，致使配合間隙過大，由于機油盤中的機油通過活塞環(huán)與缸壁之間的間隙竄入燃燒室引起的；如果只是在發(fā)動機剛一發(fā)動時冒出一股藍煙，以后冒藍煙又逐漸變得比較輕微，一般可以判斷為發(fā)動機氣門桿上的擋油罩老化或內孔磨損使擋油功能失效，而有少量機油沿著氣門桿漏入氣缸引起的。有經驗者可以準確判斷，經驗不足者還應進一步觀察。

 

圖5  柴油機煙度測量不透光煙度計結構

圖6  柴油機冒白煙現(xiàn)象檢查方法

 

總結：

      對柴油發(fā)電機組運行來說，由于受多種原因所影響，柴油機在工作中會出現(xiàn)煙色異常是常見現(xiàn)象之一。對此我們不僅要加強重視，還應充分分析煙色不正常現(xiàn)象產生的原因，并據(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機良好的運行效率。總之，如果柴油機工作時排煙顏色不正常，不管是黑色、白色，還是藍色，都應引起現(xiàn)場使用人員的重視，只有及時查找原因，排出故障，才能延長柴油發(fā)電機的使用壽命，提高經濟效益。

 

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