故障檢修與技術(shù)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(wú)色或淡灰色，所謂無(wú)色不是完全無(wú)色，不能像汽油機那樣無(wú)色，而是在無(wú)色中伴有淡淡的灰色，這是正常排氣煙色。柴油機在怠速時(shí)排氣煙色可能重一些，在高速、高負荷時(shí)也可能重一些，要注意觀(guān)察正常排氣煙色，才能對非正常的排氣煙色進(jìn)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(shí)為深灰色。柴油機在工作中，會(huì )經(jīng)常出現冒煙現象，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(shí)排除，使柴油機恢復正常工作狀態(tài)，以延長(cháng)零部件的使用壽命，提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟性。

一、故障現象

 

      柴油發(fā)電機正常工作時(shí)，排出的廢氣呈淡灰色，只是在加速時(shí)會(huì )出現一股黑色排煙，所以當出現煙色異常時(shí)，會(huì )出現以下現象。

1、冒黑煙

      這是柴油發(fā)電機不完全燃燒的特征。此比時(shí)排出的廢氣中有大量固體炭粒。有時(shí)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(chēng)碳煙，柴油機排氣冒黑煙主要是燃料混合氣過(guò)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(guò)程曲線(xiàn)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。由于柴油機是非均質(zhì)燃燒，燃燒室內各區域的化學(xué)反應條件是不一致的，而且隨著(zhù)時(shí)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(shí)隨同廢氣一起排出形成黑色煙霧。黑煙是不完全燃燒產(chǎn)物，是烴燃燒在高溫缺氧情況下裂解過(guò)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?chē)鷼怏w中氧的濃度太低，或混合的速度不夠時(shí)，從油膜蒸發(fā)的燃料氣體將被分解，并產(chǎn)生未燃烴、不完全氧化產(chǎn)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(shí)柴油發(fā)電機排出的廢氣呈白色霧狀，并伴隨著(zhù)柴油發(fā)電機功率下降和轉速不穩。燃油系統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(wú)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(chǎn)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(dòng)時(shí)或冷機狀態(tài)時(shí)，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(shí)，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?，F象。若當柴油機溫度正常，排氣管溫度也正常時(shí)，仍然排出白色煙霧，說(shuō)明柴油機工作不正常，可判斷為柴油機故障。

3、冒藍煙

      此時(shí)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(kāi)始燒機油引起的，隨著(zhù)藍色煙霧的加重，燒機油越來(lái)越多，就應考慮維修柴油機了。有時(shí)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(huì )冒淺藍色煙。

 

圖1  柴油機燃燒過(guò)程曲線(xiàn)圖

圖2  康明斯燃油系統部件在柴油發(fā)動(dòng)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(xué)能釋放出來(lái)，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(dòng)活塞膨脹做功，達到熱能轉化為機械能的目的。燃燒過(guò)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量，也就是決定了熱量的多少，它對柴油機的功能指標和經(jīng)濟指標有著(zhù)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(xué)能轉化為熱能釋放出來(lái)達到對外做功目的。也就是說(shuō)：柴油中的可燃成分碳和氫能夠在氣缸內與氧氣進(jìn)行化學(xué)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(shí)帶走的熱量就少，熱能轉化為機械能的部分就多，其經(jīng)濟指標就高，此時(shí)外部表現排煙呈銀灰色。

      而柴油發(fā)電機當出現煙色異常時(shí)，會(huì )帶來(lái)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(chǎn)物。當燃燒不完全時(shí)，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(chǎn)物，出現藍煙，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(chǎn)物，黑煙是高溫不完全燃燒的產(chǎn)物這些產(chǎn)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。根據其燃燒化學(xué)反應可以看出，在柴油燃燒過(guò)程中產(chǎn)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(chǎn)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(guò)程中，一切因素都可能會(huì )對柴油燃燒產(chǎn)生影響導致黑煙的產(chǎn)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(jìn)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(zhì)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(chǎn)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(jìn)排氣系統故障引起。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(shí)，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(chǎn)物。一般用煙度來(lái)表示，其單位是BSU（波許）。所以無(wú)論是燃油系統，燃燒系統，還是進(jìn)排氣系統，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(wú)法良好地、均勻地混合，局部地區在燃燒時(shí)缺氧，高溫裂解，從而產(chǎn)生黑煙。噴油器結構如圖4所示，同時(shí)試驗表明，當有一個(gè)缸霧化不良，此時(shí)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(zhù)火后仍繼續噴入氣缸，這部分燃油是在高溫缺氧情況下燃燒的，所以容易產(chǎn)生冒黑煙。

（3）個(gè)別氣缸供油量過(guò)大或者柴油發(fā)電機超負荷運轉，都是缸內燃油過(guò)多，空氣不足，燃燒缺氧，從而引起冒黑煙。其實(shí)，拉缸、抱軸引起冒黑煙也是這個(gè)道理。此時(shí)，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(zhì)量不符合要求，特別是十六烷值太低，使柴油發(fā)電機著(zhù)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(zhì)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(zhì)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(guò)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(chǎn)生黑煙。

（7）柴油發(fā)電機燃燒時(shí)的一個(gè)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(mén)密封不良，均使缸內壓縮壓力不足，從而造成燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙。

（8）柴油發(fā)電機的換氣系統的作用是根據柴油發(fā)電機的工況大小，定時(shí)定規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(jìn)氣壓力不足，均使進(jìn)入柴油發(fā)電機氣缸的空氣量不足，造成燃燒時(shí)的空氣不足、高溫缺氧，產(chǎn)生黑煙現象。

（9）配氣相位不對，既易造成柴油發(fā)電機進(jìn)氣不足、排氣不暢，還使進(jìn)排氣的規律發(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(dòng)運轉后，柴油未燃微?；蛩纬傻囊后w霧粒，是低溫產(chǎn)物。不同于固體狀的黑煙。所以分析原因時(shí)，應抓住這個(gè)特點(diǎn)。

（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(chǎn)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(guò)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(shí)基本消失，除非含水特別多。不過(guò)此時(shí)柴油發(fā)電機會(huì )出現轉速不穩和功率下降。

（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(guò)程中產(chǎn)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(shí)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(zhù)火條件，而在低速低負荷時(shí)未被燃燒，而呈蒸汽狀態(tài)從氣缸排出，產(chǎn)生白煙。

② 各缸供油量不均。

      低速低負荷時(shí)，只有供油量大的氣缸著(zhù)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(chǎn)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(zhù)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(chǎn)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(chǎn)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(shí)，機油在幾乎沒(méi)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(chǎn)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(jìn)入燃燒室，被不完全燃燒排出氣缸。而機油進(jìn)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(guò)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(kāi)口間隙過(guò)大、扭曲環(huán)位置裝錯，或四道活塞環(huán)開(kāi)口未錯開(kāi)，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(guò)大、環(huán)槽磨損過(guò)大及缸套磨損過(guò)大、失圓，也均造成活塞缸套間隙過(guò)大，使機油竄入燃燒室，造成機油消耗高。

（3）機油進(jìn)入燃燒室的另一途徑是機油從進(jìn)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(mén)導管進(jìn)入燃燒室，造成機油消耗過(guò)高。

（5）當主油道到缸蓋搖臂的節油閥未裝，或者節流閥孔太大，從主油道到搖臂的油太多，無(wú)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(mén)導管進(jìn)入燃燒室，造成機油消耗過(guò)高。

（6）當氣門(mén)導管與氣門(mén)桿磨損嚴重，間隙過(guò)大時(shí)，也造成機油從此處大量進(jìn)入燃燒室，造成機油消耗過(guò)高。

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

 

四、診斷方法

 

      對煙色異常的診斷，首先用眼睛來(lái)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(jiàn)污染物有較強的測量能力，可以實(shí)現排氣煙度的連續測量。其測量單位用FSU（波許）表示。具體診斷原因和部位時(shí)，可用部分停止或比較法，判斷是否是燃油系統故障引起。并可用儀器法進(jìn)一步是燃油系統的那一部位；對配氣系統故障可用析檢法或儀器法，具體判斷是那一個(gè)部位。

2、對于白煙

      如圖6所示?？捎靡粡堄布垖逝艢饪?。讓白煙噴到白紙上，根據白紙上的液珠，判斷是水汽引起還是燃油系統引起。水汽液珠無(wú)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(guān)察法先找出竄機油的原因。

（1）部分停止法

      經(jīng)分析懷疑故障是由某一工作部位所引起時(shí)，可使該部分局部停止工作，觀(guān)察故障現象是否消失，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(guò)臟所造成的。此時(shí)可將拆掉或更換全新空濾，若藍煙消失，運轉穩定，則可證明判斷正確。

（2）觀(guān)察法

      觀(guān)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(guān)察故障現象，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(guò)冒藍煙的現象來(lái)判斷，如在使用過(guò)程中長(cháng)期冒藍煙，發(fā)動(dòng)機使用里程又很長(cháng)，一般可以判斷為氣缸或活塞環(huán)磨損，致使配合間隙過(guò)大，由于機油盤(pán)中的機油通過(guò)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(dòng)機剛一發(fā)動(dòng)時(shí)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(dòng)機氣門(mén)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(zhù)氣門(mén)桿漏入氣缸引起的。有經(jīng)驗者可以準確判斷，經(jīng)驗不足者還應進(jìn)一步觀(guān)察。

 

圖5  柴油機煙度測量不透光煙度計結構

圖6  柴油機冒白煙現象檢查方法

 

總結：

      對柴油發(fā)電機組運行來(lái)說(shuō)，由于受多種原因所影響，柴油機在工作中會(huì )出現煙色異常是常見(jiàn)現象之一。對此我們不僅要加強重視，還應充分分析煙色不正?，F象產(chǎn)生的原因，并據此采取相對應的措施進(jìn)行處理，從而切實(shí)有效地保障柴油機良好的運行效率?？傊?，如果柴油機工作時(shí)排煙顏色不正常，不管是黑色、白色，還是藍色，都應引起現場(chǎng)使用人員的重視，只有及時(shí)查找原因，排出故障，才能延長(cháng)柴油發(fā)電機的使用壽命，提高經(jīng)濟效益。

 

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