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故障检修与技术维护 |
柴油机冒黑烟原因 |
摘要：冒黑烟现象主要是在高温缺氧的情况下，燃烧室中的柴油得不到完全充分的燃烧，因而分解集合形成碳烟颗粒物。由于这种集合体比气化的燃油反应速度要慢很多，不能再次充分燃烧总而造成大量的游离碳和废气一起排出，所以呈现出来的就是黑色烟雾。这种现象的直接后果就是柴油发电机油耗非常高，功率降低，使得活塞和活塞环气门大量的积碳存在；同时它还将加速零件的磨损，从而降低发动机的使用寿命。因此，康明斯公司特别提醒用户在这方面要特别引起注意，并在本文中列举了排气冒黑烟的具体原因、危害分析与排除方法。
一、柴油机冒黑烟危害分析
烃类有机物是柴油的主要成分，所以柴油在完全燃烧的情况下会生成水与二氧化碳。在正常情况下排气管的烟气颜色较淡，然而在实际燃烧过程中，往往会生成二氧化碳、水、氮氧化物、碳氢化合物、碳以及一氧化碳等物质。柴油能否完全燃烧在很大程度上受燃烧空间内的温度、氧气含量以及油气混合条件所影响。根据其燃烧化学反应可以看出，在柴油燃烧过程中产生黑烟通常是由于在气缸内未能充分燃烧，从而导致油料裂解聚合不完全的产物。
一般情况下，采油机所排出的黑烟主要包括碳烟微粒与部分可溶性有机物，所以在燃烧过程中，一切因素都可能会对柴油燃烧产生影响导致黑烟的产生。而黑烟的危害主要在于加大了燃油消耗量，使得发动机功率下降，并导致柴油机积碳严重，加速其磨损程度，进而导致采油机使用寿命下降，使得柴油机运行效率降低，对环境产生严重的污染。
1、环境影响
柴油发电机冒黑烟问题对环境影响非常大。黑烟中含有大量的颗粒物和有害气体，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物等，这些物质会对空气质量和人体健康造成严重影响。空气中的颗粒物和有害气体会引起呼吸系统疾病、心血管疾病等健康问题，尤其是对老年人和儿童的影响更为严重。黑烟也会对环境造成污染，影响植被生长和水质。因此，各国政府都在加强对柴油发电机排放的监管和限制，以减少柴油发电机冒黑烟问题对环境的影响。
2、健康影响
柴油发电机冒黑烟问题对健康影响非常大。黑烟中含有大量的颗粒物和有害气体，如二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等，这些物质会对人体健康造成严重的危害。长期暴露在这些有害物质中，会导致呼吸系统疾病、心血管疾病、癌症等疾病的发生。黑烟中的颗粒物还会对环境造成污染，影响空气质量，加剧气候变化。因此，柴油发电机冒黑烟问题需要引起足够的重视，企业应该采取措施减少柴油发电机的排放，保护人民的健康和环境的可持续发展。
3、法律法规
柴油发电机冒黑烟问题一直备受关注，对环境和人体健康都有不良影响。为了解决这一问题，我国出台了一系列法律法规，对柴油发电机的排放标准进行了严格规定。同时，各地也相继出台了相关的治理措施，如限制柴油发电机进入城区、加强监管等。柴油发电机冒黑烟不仅对环境造成污染，还会对发动机产生不良影响。长期冒黑烟会导致发动机积碳严重，降低发动机的工作效率，增加维修成本。因此，及时维护和保养柴油发电机，保持发动机的正常工作状态，不仅有利于环境保护，也有利于用户的经济利益。
4、维修保养
柴油发电机冒黑烟问题较为普遍，主要原因是燃烧不完全或者是机油燃烧。这不仅会影响发电机组的环保指标，还会对发动机造成损害。长期冒黑烟会导致发动机积碳严重，缩短发动机寿命，增加维修保养成本。因此，对于柴油发电机冒黑烟问题，我们应该及时进行维修保养。要定期更换机油和空气滤清器，保证发动机正常运转。要注意燃油的质量，选择正规加油站加油，避免加入劣质燃油。如果发现冒黑烟问题严重，应及时到专业的发电机组维修厂进行检修，找出问题所在并进行修复。只有做好维修保养工作，才能保证柴油发电机的正常使用和延长发动机寿命。
由图2可知，碳烟颗粒的拉曼光谱在1350和1590cm处出现了两个较强的重叠峰，其中位于1350cm的为D峰，该峰代表无序化碳结构；位于1580cm的为G峰，该峰代表有序化的石墨结构，说明碳烟颗粒中存在石墨碳。
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图1 柴油发电机冒黑烟现象 |
图2 碳烟拉曼光谱图 |
二、冒黑烟现象的主要原因
1、供油提前角太小
供油提前角原理和位置如图3所示。当柴油发电机组供油提前角过小时，会造成喷油器喷油延迟，使喷入燃烧室的柴油来不及充分燃烧就被排出，即柴油机后燃严重而使排气冒黑烟。当供油提前角过小时还会导致排气温度增高，耗油量增大，功率不足等故障现象。
由图4可以看出，在1500RPM和1800RPM两种转速下，随着喷油压力的提高，烟度的排放降低都很明显，最多可以达到50%以上。这是因为喷油压力的提高，改善了燃油的喷雾，油滴更细更均匀，促进了燃料的雾化及空气的卷入，也促进了混合气的形成，提高了燃烧速率，使燃烧更加完全，因此降低了炭烟的排放量。
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图3 柴油机供油提前角位置图 |
图4 供油提前角对烟度排放的影响曲线图 |
2、超负荷工作
柴油发电机组在运转过程中，若出现超负荷工作时，会导致喷入燃烧室的柴油增多，在燃烧室空气量不变的情况下，就会使多余的柴油得不到充分的燃烧而出现排气冒黑烟现旁
3、各缸供油量不均匀
柴油发电机组在额定负荷下工作时，若各缸供油量不均匀，就会使柴油机出现冒黑烟现象，这主要是因为各缸供油量所承担的负荷是一定的，若出现个别缸供油量减少时，相比其他的缸就要超负荷工作，供油量多的缸喷入燃室的柴油多，柴油得不到充分燃烧后，就出现冒黑烟的故障现象。以四缸机为例，各缸供油量不均匀曲线如图5所示。
4、喷油器故障
喷油器工作过程如图6所示。喷油器若出现滴油、窜油或雾化不良时，会导致喷入燃烧室内的柴油燃烧时间延迟而出现排气冒黑烟的故障现象。
5、燃烧室密封不良
燃烧室内部密封不良时，会导致气缸内部压缩空气量减少，且压缩终占时的温度和压力降低，喷入燃烧室内部的柴油由于得不到充足的空气而不能完全燃烧，使得柴油发电机组排气冒黑烟。造成燃烧室密封不良的因素较多，如活塞、活塞环和气缸套出现过度磨损，活塞环安装对口，气缸垫漏气，气门关闭不严等。
6、进气量不足
燃烧室内部的进气量是一定的，若由于空气滤清器保养不到位、燃烧室内部积炭增多、排气管阻塞或涡轮增压器损坏等，就会使燃烧室内部的进气量减少，从而影响柴油与空气的充分燃烧，造成大量的游离碳和废气一起从排气管中排出。
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图5 4缸机各缸供油量不均匀曲线图 |
图6 喷油器工作示意图 |
三、柴发冒黑烟故障处理探讨
1、启动中柴油机冒黑烟的处理
部分柴油发电机在启动时会出现柴油机出现冒黑烟现象，根据黑烟程度大小，其原因与处理各有不同。首先，启动时柴油机黑烟轻微。这一现象在柴油发电机启动时较为常见，结合实践来看主要是因为定压式涡轮增压器在启动瞬间加速性能不能很好地匹配柴油机转速，造成空气吸入量跟不上，由于汽缸已经开始压缩工作，气体量的不足会造成缸内柴油燃烧不充分而出现黑烟。对此，一般处理上只需等定压式涡轮增压器转速上来即可。其次，启动时柴油机黑烟很大，造成这一现象产生大多是因为步进电机驱动器升速脉冲频率或是联合调机器升速针阀这两个设备调整不正确，此时工作人员应在检查确认后，根据使用手册校正联合调解器。
2、负荷运行中柴油机冒黑烟的处理
在柴发机组带负荷运行时，若柴油机冒出黑烟，第一，则应当先观察柴油机有无出现过载的现象，并观察其机械转速表有无小于标准转速，如柴油机处于满转的情况，则需要观察柴油机有无小于持续速度。第二，检查机械室内的柴油机各缸喷油泵供油齿条有无拉至供油刻线最大值，若拉到最大，则表明柴油机发生过载，必须要马上减负荷运行。第三，仔细听柴油机的运转声音如出现异常振动或声响，则表明柴油机重要零部件有故障产生，必须马上停机，且需要回库将缸头罩盖与曲轴箱检查孔盖打开，检查活塞与气缸套等可见部位，并且对缸头各部件进行仔细检查，观察其有无异常，在油底盒处是否存在乌金等异物，如若用肉眼进行观察没有发现异常，则需要吊缸排查i²。
3、燃油系统故障的处理
通过检查发现柴油机处于正常荷载情况，并且各喷油泵齿条没有拉至最大值，则可以用手去触摸高压油管，判断其温度与脉动，观察其温度是否明显低于正常值或是存在脉动微弱或无脉动的情况。如若温度明显低于正常值，则表明喷油器头部发生裂损，则需要马上停机进行检查。如温度与脉动均正常，则可能是因为喷油提前角过小或喷油器雾化不良而导致的，此时则需要开展切缸试验，存在不良情况则需要进行修理。此外，还需检查喷油提前角是否是20.5°，喷油器的喷射压力是否在34.5 MPa+0.5 MPa。
4、进气系统故障的处理
（1）因为空气滤清器堵塞严重，作业环境恶劣，堆积了过多的灰尘与杂质，从而增大了进气阻力，导致黑烟产生，需要马上清理空气滤清器。
（2）内壁产生水垢或是中冷器污染严重、堵焊铜管数量超标等而降低了冷器冷却效果，进风量下降。遇到该种情况也需要结局具体情况来进行冲洗与清扫。
（3）接头处或进气道发生泄漏。此时也需要采取紧固的方法来予以解决。
（4）供气量过少或增压器压气机效率不高。此时，则需对增压器转子进行检查，观察其转动是否存在卡滞情况，是否足够灵活，且对径向与轴向间的缝隙进行测量，观察其距离有无偏大。如若偏大则需要及时将其更换。
此外还需对油封进行检查，观察其有无出现漏油情况，而致使润滑与密封不佳。若是由于过多灰尘而致使效率下降，就需要马上清理，如果不是则需要依照规定章程来开展修理工作。
5、各缸供油不均的处理
柴油机各缸供油不均也是造成柴油发电机冒黑烟的重要原因之一，造成供油不均通常有两方面：
（1）柴油机油泵柱塞套筒所使用定位螺钉长度太长，这就导致回油孔因螺钉封堵而不通畅，不仅会造成柴油机缸内燃油量增多而燃烧不充分产生黑烟，并且也有可能造成柴油机无法熄火故障；
（2）柴油机汽缸中某些柱塞偶件或喷油泵齿条出现卡滞，使操作手柄时柴油机供油情况无法得到很好的响应。
针对柴油机各缸供油不均而造成柴油机冒黑烟现象处理，首先检修人员要查看柴油机油泵柱塞套筒定位螺钉长度是否符合要求，如果过长则予以更换。其次，手柄操作中供油无法跟上时，我们可以将柴油机各缸喷油泵齿条露出差调整到低于刻线单位一半。
总结：
综上所述，柴油机冒黑烟故障的可能原因有很多，但对于一台柴油机来讲，出现冒黑烟故障的原因可能只是其中的一个因素。如何判断和确认柴油机冒黑烟产生的具体原因，是排除该故障的关键所在。对此我们不仅要加强重视，还应据此采取相对应的措施进行处理，从而切实有效地保障柴油发电机良好的运行效率，进一步保证发动机的安全使用。
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