故障檢修與技術(shù)維護(hù) |
柴油機(jī)冒黑煙、冒白煙和藍(lán)煙三種煙色的原因分析 |
摘要:柴油發(fā)電機(jī)在正常工作溫度下,其排氣煙色應(yīng)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(jī)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(jī)在怠速時(shí)排氣煙色可能重一些,在高速、高負(fù)荷時(shí)也可能重一些,要注意觀察正常排氣煙色,才能對(duì)非正常的排氣煙色進(jìn)行判斷和分析。柴油機(jī)燃料完全燃燒后,正常顏色一般為淡灰色,負(fù)荷工作時(shí)為深灰色。柴油機(jī)在工作中,會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象,柴油機(jī)排煙有黑煙、藍(lán)煙、白煙三種,它們是判斷柴油機(jī)故障的條件之一。如果排出的煙呈黑色、藍(lán)色及白色均屬不正常,應(yīng)查明原因,及時(shí)排除,使柴油機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài),以延長(zhǎng)零部件的使用壽命,提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
一、故障現(xiàn)象
柴油發(fā)電機(jī)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(xiàn)一股黑色排煙,所以當(dāng)出現(xiàn)煙色異常時(shí),會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象。
1、冒黑煙
這是柴油發(fā)電機(jī)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)黑煙也稱碳煙,柴油機(jī)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(jī)在高溫、高壓燃燒條件下(燃燒過(guò)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(nèi)燃料燃燒不完全的表現(xiàn)。由于柴油機(jī)是非均質(zhì)燃燒,燃燒室內(nèi)各區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)條件是不一致的,而且隨著時(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(fù)雜的碳?xì)浠衔?,噴入燃燒室?nèi)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。如果周圍氣體中氧的濃度太低,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(jī)廢氣中水或燃油蒸汽的特征。此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣呈白色霧狀,并伴隨著柴油發(fā)電機(jī)功率下降和轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。燃油系統(tǒng)在柴油機(jī)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(lán)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(jī)的白煙是未燃烴(含燃油和潤(rùn)滑油)、水蒸氣以及不完全燃燒的中間產(chǎn)物(如含氧碳?xì)洌?,除水蒸氣外,它們也都屬于微粒范疇。柴油機(jī)在剛起動(dòng)時(shí)或冷機(jī)狀態(tài)時(shí),排氣管冒白煙,是因?yàn)椴裼蜋C(jī)氣缸內(nèi)溫度低油氣蒸發(fā)而形成,冬季尤為明顯。柴油機(jī)在寒冷天氣運(yùn)行時(shí),柴油機(jī)溫度低,排氣管溫度也低,有水蒸氣排氣凝結(jié)成水氣形成白色排煙,是正?,F(xiàn)象。若當(dāng)柴油機(jī)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(jī)工作不正常,可判斷為柴油機(jī)故障。
3、冒藍(lán)煙
此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)排出的廢氣呈藍(lán)色霧狀,并伴有嗆人的煙味和柴油發(fā)電機(jī)機(jī)油消耗增加。排氣冒藍(lán)煙,一般情況下是柴油機(jī)使用日久,慢慢開(kāi)始燒機(jī)油引起的,隨著藍(lán)色煙霧的加重,燒機(jī)油越來(lái)越多,就應(yīng)考慮維修柴油機(jī)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(jī)會(huì)冒淺藍(lán)色煙。
圖1 柴油機(jī)燃燒過(guò)程曲線圖 |
圖2 康明斯燃油系統(tǒng)部件在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上位置圖. |
二、后果危害
柴油在柴油機(jī)氣缸內(nèi)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(dá)到熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的目的。燃燒過(guò)程在柴油機(jī)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(duì)柴油機(jī)的功能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著決定性的影響。燃燒完善就是柴油在氣缸內(nèi)充分燃燒,盡可能地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來(lái)達(dá)到對(duì)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(nèi)與氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),全部生成二氧化碳和水,這樣柴油機(jī)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(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分就多,其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就高,此時(shí)外部表現(xiàn)排煙呈銀灰色。
而柴油發(fā)電機(jī)當(dāng)出現(xiàn)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?yàn)楹跓熓遣煌耆紵漠a(chǎn)物。當(dāng)燃燒不完全時(shí),勢(shì)必造成熱效率下降,使油耗增加、功率下降。
2、機(jī)油消耗增加
因?yàn)樗{(lán)煙是機(jī)油不完全燃燒的產(chǎn)物,出現(xiàn)藍(lán)煙,勢(shì)必造成機(jī)油消耗增加。
3、排放增加
藍(lán)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(duì)環(huán)境起到污染作用。
4、使設(shè)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(nèi)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(xué)反應(yīng)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(nèi)未能充分燃燒,從而導(dǎo)致油料裂解聚合不完全的產(chǎn)物。一般情況下,柴油機(jī)所排出的黑煙主要包括碳煙微粒與部分可溶性有機(jī)物,所以在燃燒過(guò)程中,一切因素都可能會(huì)對(duì)柴油燃燒產(chǎn)生影響導(dǎo)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(jī)組功率下降,并導(dǎo)致柴油機(jī)積碳嚴(yán)重,加速其磨損程度,進(jìn)而導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組使用壽命下降,使得運(yùn)行效率降低。
三、原因分析
由于黑煙、白煙、藍(lán)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(tǒng)故障引起。柴油發(fā)電機(jī)之所以冒黑煙,是由于略入柴油發(fā)電機(jī)氣缸內(nèi)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(tǒng),燃燒系統(tǒng),還是進(jìn)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(wú)法良好地、均勻地混合,局部地區(qū)在燃燒時(shí)缺氧,高溫裂解,從而產(chǎn)生黑煙。噴油器結(jié)構(gòu)如圖4所示,同時(shí)試驗(yàn)表明,當(dāng)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(dá)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(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(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),都是缸內(nèi)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(jī)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(dāng)柴油發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),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(jī)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(nèi)孔變形,將導(dǎo)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(jī)的噴油器伸出缸蓋平面高度有一定要求,為2.4-3.0mm,當(dāng)在拆裝過(guò)程中將墊件搞錯(cuò),將導(dǎo)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(jī)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(dāng)活塞環(huán)密封不良、氣門密封不良,均使缸內(nèi)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(jī)的換氣系統(tǒng)的作用是根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的工況大小,定時(shí)定規(guī)律定量地供給柴油機(jī)新鮮空氣,并將廢氣排走。當(dāng)空濾器污堵、壓氣機(jī)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(jī)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(xiàn)象。
(9)配氣相位不對(duì),既易造成柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣不足、排氣不暢,還使進(jìn)排氣的規(guī)律發(fā)生變化,從而影響柴油發(fā)電機(jī)正常換氣,燃燒,引起冒黑煙。
圖3 柴油機(jī)冒黑煙故障原因 |
圖4 電控噴油器結(jié)構(gòu)圖 |
2、冒白煙
白煙是柴油發(fā)電機(jī)低溫起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)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(yīng)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(jī)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(jī)油內(nèi)含水,在柴油發(fā)電機(jī)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(fù)荷特別明顯。而在高負(fù)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(jī)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和功率下降。
(2)燃?xì)獾脑?/span>
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(jī)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(jī)冒白煙的原因。當(dāng)然,這種情況也是在柴油發(fā)電機(jī)低速低負(fù)荷時(shí)發(fā)生的。
① 噴油器霧化不良
燃油和空氣混合不良,不具備著火條件,而在低速低負(fù)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(fù)荷時(shí),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(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(nèi)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(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(lán)煙
藍(lán)煙也是柴油發(fā)電機(jī)低速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)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(lán)煙的因素也是機(jī)油消耗高的原因。機(jī)油消耗高主要由于機(jī)油進(jìn)入燃燒室,被不完全燃燒排出氣缸。而機(jī)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(jī)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(cuò),或四道活塞環(huán)開(kāi)口未錯(cuò)開(kāi),均造成活塞環(huán)和缸套貼和不良、密封失效,使機(jī)油竄入燃燒室,造成機(jī)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(jī)油竄入燃燒室,造成機(jī)油消耗高。
(3)機(jī)油進(jìn)入燃燒室的另一途徑是機(jī)油從進(jìn)氣道被吸入燃燒室,所以這方面的因素也是機(jī)油消耗高的原因。
(4)當(dāng)缸蓋回油孔不暢,潤(rùn)滑搖臂的機(jī)油回不到油底殼,使存在缸蓋上罩殼的大量機(jī)油從氣門導(dǎo)管進(jìn)入燃燒室,造成機(jī)油消耗過(guò)高。
(5)當(dāng)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(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(nèi),從氣門導(dǎo)管進(jìn)入燃燒室,造成機(jī)油消耗過(guò)高。
(6)當(dāng)氣門導(dǎo)管與氣門桿磨損嚴(yán)重,間隙過(guò)大時(shí),也造成機(jī)油從此處大量進(jìn)入燃燒室,造成機(jī)油消耗過(guò)高。
(7)當(dāng)空氣濾清器臟污,空氣吸入真空度大,當(dāng)大于5.5kpa時(shí),或者增壓的封油系統(tǒng)失效,增壓器的潤(rùn)滑油被吸入壓氣機(jī),而進(jìn)入氣缸,造成機(jī)油消耗過(guò)大。
四、診斷方法
對(duì)煙色異常的診斷,首先用眼睛來(lái)分辨出冒黑煙還是冒藍(lán)煙、冒白煙。
1、對(duì)于冒黑煙
可用不透光煙度儀測(cè)量出煙度的大小,結(jié)構(gòu)如圖5所示。不透光煙度計(jì)不僅可以測(cè)柴油機(jī)排氣中的黑煙,而且可以測(cè)藍(lán)煙和白煙排放,對(duì)低濃度的可見(jiàn)污染物有較強(qiáng)的測(cè)量能力,可以實(shí)現(xiàn)排氣煙度的連續(xù)測(cè)量。其測(cè)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(tǒng)故障引起。并可用儀器法進(jìn)一步是燃油系統(tǒng)的那一部位;對(duì)配氣系統(tǒng)故障可用析檢法或儀器法,具體判斷是那一個(gè)部位。
2、對(duì)于白煙
如圖6所示??捎靡粡堄布垖?duì)準(zhǔn)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(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(duì)于冒藍(lán)煙
可用部分停止法和觀察法先找出竄機(jī)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(jī)冒藍(lán)煙,分析認(rèn)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(lán)煙消失,運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,則可證明判斷正確。
(2)觀察法
觀察法就是柴油機(jī)修理工按照柴油機(jī)使用者指出的故障發(fā)生的部位仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象,而后對(duì)故障做出判斷,這是一種應(yīng)用最多的最基本的也是最有效的故障診斷法。
例如對(duì)發(fā)機(jī)排氣管冒藍(lán)色煙霧的故障,可以通過(guò)冒藍(lán)煙的現(xiàn)象來(lái)判斷,如在使用過(guò)程中長(zhǎng)期冒藍(lán)煙,發(fā)動(dòng)機(jī)使用里程又很長(zhǎng),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(jī)油盤中的機(jī)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(jī)剛一發(fā)動(dòng)時(shí)冒出一股藍(lán)煙,以后冒藍(lán)煙又逐漸變得比較輕微,一般可以判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)氣門桿上的擋油罩老化或內(nèi)孔磨損使擋油功能失效,而有少量機(jī)油沿著氣門桿漏入氣缸引起的。有經(jīng)驗(yàn)者可以準(zhǔn)確判斷,經(jīng)驗(yàn)不足者還應(yīng)進(jìn)一步觀察。
圖5 柴油機(jī)煙度測(cè)量不透光煙度計(jì)結(jié)構(gòu) |
圖6 柴油機(jī)冒白煙現(xiàn)象檢查方法 |
總結(jié):
對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行來(lái)說(shuō),由于受多種原因所影響,柴油機(jī)在工作中會(huì)出現(xiàn)煙色異常是常見(jiàn)現(xiàn)象之一。對(duì)此我們不僅要加強(qiáng)重視,還應(yīng)充分分析煙色不正?,F(xiàn)象產(chǎn)生的原因,并據(jù)此采取相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理,從而切實(shí)有效地保障柴油機(jī)良好的運(yùn)行效率??傊绻裼蜋C(jī)工作時(shí)排煙顏色不正常,不管是黑色、白色,還是藍(lán)色,都應(yīng)引起現(xiàn)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(zhǎng)柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命,提高經(jīng)濟(jì)效益。
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