柴油机排黑烟的故障原因

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摘 要：明确了柴油机排烟烟色的概念，进一步阐述其生成机理，并对柴油机在使用过程中产生的排烟烟色的故障原因作出准确判断和分析。

一、概述：

柴油机自设计投产至今，已有近百年的历史，柴油机的品种、质量和产量都有了很大的发展和提高，各种系列的变型和配套产品多达几百种，作为汽车、工程机械、船舶、电站、农业排灌机械和其它工业配套的动力设备，在经济发展中发挥了积极作用。本文主要对柴油机的排烟烟色生成机理进行叙述、判断和分析，仔细观察柴油机排气烟色，正确的判断及科学的分析能有效地改善柴油机使用性能，降低故障发生率，提高柴油机经济性能。

柴油机在正常工作温度下，其排气烟色应该是无色或淡灰色，所谓无色不是完全无色，不能像汽油机那样无色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色。柴油机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速、高负荷时也可能重一些，要注意观察正常排气烟色，才能对非正常的排气烟色进行判断和分析。柴油机燃料完全燃烧后，正常颜色一般为淡灰色，负荷略重时为深灰色。柴油机在工作中，会经常出现冒烟现象，柴油机排烟有黑烟、蓝烟、白烟和灰色四种，它们是判断柴油机故障的条件之一，具体分析如下：
二、柴油机出现冒黑烟的故障原因：
（一）、柴油机排气冒黑烟主要是燃料混合气过浓。
1）、黑烟也称碳烟，柴油机排气冒黑烟主要是燃料混合气过浓，可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。柴油机在高温、高压燃烧条件下，局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，是燃烧室内燃料燃烧不完全的表现。由于柴油机是非均质燃烧，燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的，而且随着时间而变化的，所以黑烟很可能是由许多不同途径生成的。柴油是复杂的碳氢化合物，喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解，形成炭黑，排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。黑烟是不完全燃烧产物，是烃燃烧在高温缺氧情况下裂解过程释出并聚合而成的。某些情况下燃油喷射在燃烧室壁面上，形成液态油膜，油膜是最后蒸发的一部分，它的燃烧取决于其蒸发速度和燃料蒸气与氧的混合速度。如果周围气体中氧的浓度太低，或混合的速度不够时，从油膜蒸发的燃料气体将被分解，并产生未燃烃、不完全氧化产物和黑烟。
2）、通过实验观察，B.B Chakraborty和R.Long根据他们的研究和他人的资料，提出了黑烟形成机理如下图所示：

开链烃→高温裂解脱氢→烯烃，主要是乙烯（CH2=CH2）→进一步裂解脱氢→炔烃，主要是乙炔（CH≡CH）→聚合脱氢→乙烯基乙炔（CH≡C-CH=CH2）或联乙炔（CH≡C-C≡CH）→进一步裂解脱氢、基团聚合→大于1000℃时，聚缩乙炔具有多个（-C=C-），它很不活泼，至此已经形成固体碳初核→经聚合→聚合物→环构化并进一步脱氢（大于1000℃高温时）→含氢的多环碳络合物或不溶性多环碳氢化合物→聚晶、扩大→六方晶格的碳晶体，这是碳烟的实体→表面吸附异物，本身附聚—→碳烟（黑烟）

按照上述定性描述，柴油机燃烧过程中黑烟的生成可以概括为三个阶段——成核阶段、单粒阶段、单粒的燃烧消失或附聚成更大絮团。
（二）、柴油机排气冒黑烟的故障产生的主要原因：

1．活塞环、气缸套等磨损

气门、活塞环、气缸套磨损后，引起压缩压力不足以及机油上窜燃烧室，使气缸在压缩行程结束时，混合气混合的正常比例改变，使燃油在无氧条件下燃烧，燃烧过程容易产生积炭，排出的废气形成大量黑色烟雾。

2．燃烧室形状改变

燃烧室形状因制造质量及长期使用导致技术状况下降，使压缩余缝过大、过小以及活塞位置装错，都会使燃烧室形状和容积改变，从而影响燃油与空气混合质量，使燃油燃烧条件变坏。

3．喷油器工作不良

柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油临结束时，喷油压力下降，雾化质量差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4?—5倍（体积约增大100倍），这些油滴蒸发与燃烧的时间短，周围氧的浓度低，容易产生碳烟。喷油器不雾化、雾化不良或滴油，使燃料不能充分地与气缸内的空气混合，也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显，因为低速运转时气缸内进气涡流较弱，油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长，更容易形成碳黑排出。

4．供油量过大

供油量过大，使进入汽缸内的油量增多，造成油多气少燃油燃烧不完全。另外，工作负荷过重、燃油质量低劣、工作温度过低也会引起排气冒黑烟。柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别是空间混合燃烧的柴油机。
5、从柴油机排烟状况来判断故障产生的原因，进而采取相对应的解决措施。



文章关键词： 柴油机 ；排烟 ；黑烟；原因