李崇令

摘要：当柴油发动机处于正常运行状态时，气缸会获得完全的燃烧。正常状态下的有机废气应为无色或呈浅灰色。如果柴油机工作时排气温度过高，并且排气管冒出黑烟，则是由于喷射柴油机未充分燃烧所致。在此基础上，本文将分析造成柴油机排气温度高的关键原因，并逐一消除。

关键词：柴油机;排气温度;常见故障

中图分类号：U664.121.3                               文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0121-02

0  引言

燃料的不完全燃烧不仅会增加柴油机的燃料消耗并降低输出功率，而且还会在柴油机活塞缸及其燃烧室上造成大量积碳，从而改变柴油机的压缩比，使得排气温度升高。不完全燃烧也会导致排气管的二次燃烧，柴油机大量冒黑烟等异常情况。而排气温度高会使气门卡涩，密封件加速老化，零部件損坏，从而降低汽车发动机的使用寿命。因此，应立即清除柴油机的常见故障。

1  案例概述

本文的关键是以12V240ZD柴油发动机为例。12V240ZD型柴油机为水冷、直接喷射、开式浅ω型燃烧室、废气涡轮增压、增压空气中间冷却的V型四冲程柴油机。气缸直径为240mm，活塞行程275mm，压缩比为12.4：1，标定功率2100kW，标定转速1000rpm。柴油机在满功率试验中，发现排气管异常声音，排气管温度偏高，标准为小于520℃，实际为540℃。

2  柴油机排气温度高的原因分析

2.1 燃油质量

燃油质量受型号、环境温度、存放条件、存放时间的影响，当燃油质量不达标后可能导致燃油的运动粘度改变，流量改变等问题，此情况会造成喷油器雾化不良，燃油燃烧不佳，最终导致排气温度升高。影响燃油性能指标的因素有十六烷值和氧化安定性指标，当十六烷值过低或者氧化安定性超标时，燃油燃烧的滞燃期会较长，燃烧着火滞后，容易造成排烟管的二次燃烧，使排气温度升高。十六烷值过高也会使得燃烧不良，导致排气温度高。

2.2 供油及换气定时异常

如果喷油提前角过大，则喷油时间过早。柴油机活塞运动过程中，其包含进气→压缩→做工→排气等阶段，在运行与控制的过程中，喷油后，则燃料开始充分燃烧，并达到额定输出功率。如果燃油提前喷入气缸，此时气缸内的压力温度都不是设定的最佳数值，燃油的提前燃烧，可能会使得活塞未运动到上止点便提前进入做工行程，开始下降，从而压缩比降低，输出功率降低，温度升高。严重时还会出现爆震。

柴油机本体的进排气是通过进排气阀来控制，而进排气阀则是通过凸轮轴旋转带动摇臂来推动的，摇臂与进排气阀之间存在一个间隙，这个间隙叫气阀间隙。气阀间隙的大小会直接影响进排气阀的开启和关闭时间。排气阀间隙过小则会导致喷入气缸的燃油在混合燃烧还没结束便进入到排气管道，导致燃烧不充分，也容易导致排烟管二次燃烧，造成排气温度高的现象。进气阀间隙过大则会导致进气延时，燃油喷入气缸后空气供应不足，导致燃烧不充分，排气温度升高。排气阀卡死在开启位置或排气阀密封不好，会导致新鲜空气从排气发出泄漏，燃烧空气减少，压缩压力下降，燃烧恶化，排气温度升高。

基于此，则需要对供油、换气等方面进行定时控制，这对柴油机的温度控制会产生直接的影响。这不仅会导致排气温度升高并且排气会继续起火，还会导致发动机过热。

2.3 空气供应问题

在实际运行的过程中，气缸在收缩压力下，空气供应不能满足实际的运行需要，直接影响柴油机的实际运行水平。空气供应不足将会导致柴油机在压缩冲程末期，燃油喷入气缸后，在高温高压下与空气混合燃烧不充分，会直接导致燃烧效率大幅下降，进而导致大量未燃烧充分的混合气体进入排气管二次燃烧。12V240ZD型柴油机采用的是废气涡轮增压系统，空气通过进气滤器到达增压器进行压缩，然后通过中间冷却器将高温高压的压缩空气进行冷却，这样可以保证进入气缸的空气的密度达到需要的要求，进而保证供气量。若是涡轮增压器故障，则会导致进气量不够，大量喷入气缸的燃油无法充分燃烧，导致排气温度高。

活塞环是阻隔燃烧室和曲轴箱的密封环，当活塞环失效或活塞环间隙过大时，则会导致空气和燃气大量窜入曲轴，不仅影响燃烧效率，同时还会使曲轴压力升高，有爆炸风险。

2.4 喷油器、喷油泵故障

喷油器不能很好地雾化或漏油，这会使喷入气缸的柴油发动机颗粒变大且分布不均匀。如果燃烧不完全，则排气将产生黑烟，并且排气温度将相对较高。如果柴油发动机的爆震声中断并且排气声不均匀，则表明喷油嘴有问题。此时，可以通过各缸排气温度检查，找到有问题的喷油器。对喷油器进行雾化试验，12V240ZD喷油器的雾化压力为34.5±0.35MPa以每分钟50～90 次喷射，须声音清脆、喷射开始和终了明显、雾化良好，不许有肉眼能见到的飞溅油粒、连续不断的油柱和局部密集的油雾。

喷油泵的供油是通过凸轮轴旋转带动泵内活塞往复运动产生，活塞的供油时间则是通过齿条来控制，若是齿条位置不对，则会导致供油量发生变化。此时应检查喷油泵齿条是否在正常刻度位置，同时停机后应能回到零油位。喷油泵出油阀卡涩，柱塞副卡涩等都会导致喷油泵失效，导致燃油无法进入到喷油器或者进入喷油器后的压力不足，会使得喷油器喷油雾化不佳，进而导致排气温度异常。喷油泵柱塞副磨损严重，会导致密封性能降低，喷油压力降低，喷油角滞后，燃烧质量不佳，从而也会导致排气温度高。

3  柴油机排气温度高的排除措施

3.1 控制燃油质量

根据地区、气候以及使用机型合理选择燃油型号，包括轻柴油、重柴油以及控制合适的凝点、浊点、十六烷值等特性参数。

燃油系统需要安装燃油滤器，以防止大颗粒燃油无法充分燃烧，雾化质量变差，导致排气温度高的现象发生。燃油存放时间也不宜过久，一般船用和车用柴油机燃油存放时间不会超过1年，而电站的应急柴油机燃油存放时间往往会达到数年，燃油存放时间久，储存方式不佳容易导致燃油各参数改变，需要定期进行过滤或者更换。

3.2 喷油器检查

喷油状态可以通过喷油器雾化试验来检查，喷油器如果雾化仍然很差，则可以拆卸喷油器用柴油机进行清洗，并检查喷油器针阀是否卡涩，喷油嘴是否堵塞。如果针阀卡住，则应找出原因是柴油机温度过高导致变形，如果是喷油嘴堵塞则要考虑燃烧不充分导致积碳堵塞喷油嘴。在柴油机温度控制的过程中，需要对排气温度、运行状态等方面进行综合控制，这是柴油机排气温度高的常见原因。本次12V240ZD的排气温度高正是因为喷油器雾化较差，混合燃气在排烟管中二次燃烧导致。

3.3 喷油泵检查

喷油泵的动作是通过凸轮轴的滚轮带动，喷油泵的柱塞副进回油是通过齿条来调节，可以通过调整喷油泵的调整垫片，来改变喷油提前角。提前角不宜过大也不宜过小，设定值一般是通过多次反复试验得出。检查喷油泵柱塞副磨损情况，密封是否良好，磨损严重或者密封不佳都将导致燃烧质量不佳，喷油泵柱塞一旦损坏则需要将整个柱塞副全部更换。如果是喷油泵出油阀副卡涩则根据情况进行研磨或者直接更换。检查喷油泵齿条，是否符合设定值，齿条的长度将直接影响进油量的大修，必要时应该进行调节。

检查变速箱齿轮系若是出现问题，也会导致喷油角发生改变，喷油时间发生改变，最终导致柴油发动机具有排气温度高的问题。齿轮系的检查需要打开柴油机端部齿轮盖板进行检查和测量。

3.4 进、排气门及气门间隙检查

进气门和排气门损坏以及气门太小会导致气缸无法紧密关闭。进气门损坏，导致无法开启或者开启开度不够，将直接导致压缩空气无法再压缩冲程充分进入到气缸，燃气无法与空气充分混合燃烧。排气阀的气门间隙过小也会导致排气门提前打开，燃烧不充分，有二次燃烧的可能。

进排气门的检查需要将气缸头吊出，检查气门的密封情况，用燃油泄漏试验或者着色探伤试验，检查阀门密封性。若是泄漏量较大则需要对阀门和阀座密封面进行研磨。将进排气阀取出，测量阀杆的圆柱度，曲面度要满足要求。

气门间隙的检查需要借助塞尺或百分表。根据柴油机的发火顺序，盘动曲轴，使对应气门处于未受力的自由状态，此时将百分表放置于气阀上部的摇臂上方，上下推动摇臂，此时的百分表读数则为气阀间隙值，12V240ZD的冷态间隙进气门为0.20～0.25mm，排气门为0.80～0.85mm。若是间隙不满足要求，则需要调节摇臂的调节螺钉，使气阀间隙最终调整在要求范围内。通过对气门状态、气阀间隙的管控来实现气门的综合控制，来满足柴油机运行进气的需求。

变速齿轮系异常，除了导致喷油角变化，也会导致阀气门相位角的变化，因为进排气阀门也是通过变速齿轮与曲轴相连。进排气门相位角改变，除了导致进排气开关时间异常，严重时甚至可以導致气门与活塞顶碰撞，损坏坏气门。可以通过喷油器安装孔用内窥镜进行检查，若是发现碰撞痕迹，则需要立即排查其他缸是否存在共模故障。同时检查凸轮轴滚轮和定时齿轮系是否损坏。齿轮系存在问题，导致气门正时和燃油喷射提前角的变化，进而导致柴油机排气温度升高，属于柴油机的较大故障，需要立即处理。

3.5 进气道附属设施的检查

柴油机运行时，12V240ZD空气的流通道为：进气消声器→增压器→空气冷却器→进气联箱—进气阀-排气阀→排气管→涡轮则→大气。每个组件的总载流面积是固定的，并且仅依次打开气缸的进排气门。在长期运行中，所有被阻塞或弄脏的部分都将危害实际通风效果，而更严重的部分将继续引起喘振。进气滤器需要定期进行清洗吹扫，各地区情况不一，环境污染较严重的地区则需要提高清洗的频率，否则滤器堵塞后会导致进气不足。空气冷却器需要进行水压试验，检查漏气率，若是有异常则需要进行堵管等工作。涡轮增压器的检查可以通过内窥镜进行检查，主要检查积碳和叶片磨损情况，必要时要进行积碳的清洁。

4  结语

柴油的不完全燃烧将导致排气系统温度大幅升高。因此，在日常操作和管理方法中，有必要确保燃油状态良好，喷油器雾化良好，喷油泵工作正常，进排气阀处于良好的运行状态。同时改善涡轮增压器的清洁度。如果环境污染严重，需要增加进气滤器的清洁频率，保证柴油机的可靠运行。

参考文献：

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