康明斯动力（深圳）有限公司

摘要：积炭对于柴油发电机而言可以说是致命的一环，就相当于血管当作的血栓一样，危害极大，积炭多会影响柴油发电机的动力，积炭可以说是一种顽疾。其危害除了会阻碍柴油机的燃烧以及活塞的散热，还会减少燃烧室的容积，从而导致柴油机的动力下降。康明斯公司在此文章就柴油机积碳的现象、成分和原因，并对积碳的危害以及预防措施展开了详细的分析。

一、柴油机积炭的产生机理

1、柴油机积碳的现象

      在柴油机燃烧室中， 有时由于氧气量供应不足， 燃油燃烧时不完全，产生油烟的现象。同时，氧气供应量不充足，窜入燃烧室的润滑油也会不能完全燃烧，产生烧焦润滑油的颗粒。混合大量燃烧残留物的润滑油和油烟在柴油机中被氧化成一种胶状液体一轻基酸。轻基酸进一步氧化就变成一种树醋状胶质而牢固地粘附在柴油机零件表面上。随后在高温作用下， 胶质又进一步聚合成更复杂的聚合物， 成硬质胶结炭， 俗称积炭，如图1所示。

2、柴油机积碳的成分

      柴油机积炭的成分主要是胶结炭，但是其成分和性质随柴油机的结构、使用条件、所用燃料及润滑油性质，以及随空气进入燃烧室内的杂质不同而不同。即使在同一个燃烧室内， 各不同零件及部位上的积炭， 其性质和成分也不尽相同。

      一般说来其化学成分是各种物质润滑油及燃料燃烧生成的碳质沉积物、燃料中的硫元素燃烧后与金属结合成的硫酸盐，润滑油中的有机金属盐添加剂燃烧的金属化合物，空气中的灰、沙等硅化合物，柴油机零件磨损的微量金属屑及其化合物。

      积炭的成分很复杂，其中以不易挥发的成分居多，如沥青、焦油等。柴油机工作温度越高，易挥发物质含量越低；不易挥发成分的含量越高，则形成的积炭层越坚硬越紧密，与金属的结合也越牢固。

3、柴油机积碳产生的成因

      柴油机积炭是燃油和润滑油不完全燃烧的产物。它的产生跟燃油和润滑油使用环境条件、相关性能以及本身品质有着密切的关系。因此， 凡是引起燃油不完全燃烧和润滑油非正常进入柴油机高温部位的影响因素均是造成积炭形成的原因。

（1）柴油机混合气过浓，柴油机供油量过大，空气滤清器或气道阻塞，使空气量的供给减少，造成空燃比降低，燃油不能完全燃烧，工作过程如图2所示。

（2）点火时刻或供油时间不准确，造成燃烧温度发生变化，难以保证燃油完全燃烧。点火过早， 部分燃烧过程将提前在压缩行程中进行， 使气体压力在活塞到达上止点前就达最大值；油耗增加点火过迟，燃烧过程将延迟在膨胀行程中进行，导致燃烧压力降低，油耗增加。

（3）柴油机温度过低，火花塞或喷油器工作不良，造成雾化或气化不良，从而使燃油不能完全燃烧。装配时，活塞环对口，扭曲环切槽方向装反活塞环弹性减弱或因磨损使端隙过大活塞环与缸壁配合间隙过大或气缸壁磨损过甚，造成密封不严，导致机油窜入燃烧室。

（4）气门及气门座圈密封不良，气门杆与气门导管磨损过甚，间隙过大，从而导致机油进入气缸以及吸附在气门上。

（5）燃油的品质较差，杂质较多，不符合规定。燃油品质对柴油发电机组排放污染物有很大程度的影响，其中烯烃与芳烃以及金属类物质增加汽缸中的积碳，使尾气排放增加。空气中含有的细小灰尘颗粒在空气滤清器无法完全滤除，伴随油气一起冲刷气门背部，经长时间冲刷造成细微划痕。细小颗粒与来自曲轴箱的润滑油储存在划痕中，在高温下形成漆状物，经长时间积累，与混合燃油中的蜡等成分形成积炭。

（6）空载试机过久使得柴油机长时间处于怠速运转状态，导致柴油机混合气较浓，当较浓混合气在经过不同宽度、不同长度及具有一定弯曲弧度的进气歧管时，由于空气和柴油颗粒的密度不同，空气比较容易改变方向， 而柴油颗粒受惯性力的作用则继续向歧管末端运动， 由此造成混合气浓度的均匀性较差，无法保证燃油完全燃烧。

二、柴油机积炭造成的后果

      柴油发电机组尾气排放的污染物主要指的是CO、HC和NOX等。HC主要指未燃烧完全的燃油碳氢化合物分子。产生的原因是在喷油器上因积碳的堆积使喷油雾化不正常，便使HC化合物在燃烧室来不及燃烧就被排出，这样不仅增加了尾气排放，同时还造成柴油机工作性能下降。因积碳多常使混合气变浓，燃油不能完全燃烧而生成CO。CO是烃类燃料在燃烧过程中由于缺氧而不能完全燃烧的产物。所以在柴油发电机组正常工作情况下，柴油发电机组尾气超标，主要原因是排气系统内有积碳堆积。积炭是不良导热体， 本身的温度较高， 它的存在不但占据一定的空间，而且在高温下易形成炽热点，引起柴油机早燃和爆震，影响柴油机的工作性能和使用寿命。积炭脱落形成的磨料颗粒造成机件的磨料磨损积炭形成的高温颗粒会导致柴油机提前点火，使柴油机功率下降，工作紊乱积炭加速润滑油的污染变质且堵塞润滑油油路，破坏润滑系统的正常工作，从而造成机件的异常磨损。对于电控燃油喷射系统，积炭过多还会使节气门位置发生变化，使电脑接收到错误信号，计算出错误的供油量、供油时刻，导致供油过多，油耗升高等。

1、积碳主要产生部位

      积炭主要产生在活塞顶部和燃烧室表面、活塞环槽、气门组件、喷油嘴、进气歧管衬垫以及排气管消声器内壁等部位。

（1）活塞顶部和燃烧室表面积炭

      活塞顶部和燃烧室表面积炭后使冷却效果变差，燃烧室容积减小，压缩比增大，其所形成的炽热面还会引起柴油机“ 表面点火”，导致其“ 早燃” 或“爆震”，缩短柴油机的使用寿命，使柴油机动力性和经济性大大下降。以某四缸机的燃烧室的积碳情况为例，用内窥镜查看四个燃烧室里面不同的积碳情况，如图3、图4所示。

（2）活塞环槽积炭

      积炭使活塞环端隙、背隙变小甚至消除，造成活塞环砧结失去弹性，甚至折断活塞环而导致拉缸故障。

（3）气门及组件积炭

      气门及气门座圈工作面积炭，会使气门关闭不严而漏气，出现柴油机难起动、工作无力以及气门易烧蚀等不良现象气门导管和气门杆部积炭结胶，将加速气门杆与气门导管的磨损，甚至会引起气门杆在气门导管内运动发涩而卡死，产生粘气门的故障。

（4）喷油嘴积炭

      喷油嘴有积炭，极易堵死喷油嘴，降低喷油流量，甚至不喷油，引起喷油压力不足、雾化不良， 造成柴油机缺缸运行或突然熄火。

（5）进气歧管衬垫积炭

      该部位积炭易造成进气截面减小，混合气较浓，无法完全燃烧，导致柴油机排放中的浓度增加。

2、积碳的危害

 （1）增大柴油机的压缩比

      如果柴油机存在积碳的现象，会使得机油的pH值下降，并失去润滑的作用。还会导致零件出现磨损，从而导致柴油机的工作性能下降。柴油机积碳存在的危害主要体现在七个方面。因为柴油机产生的积碳会在气缸壁和活塞上附着，从而燃烧室的容积会变少，柴油机的压缩比增大。当柴油机的压缩比存在过大的情况，同时气门也处于关闭严密的情况下，就会容易引起早燃，并且产生冲击波，从而导致柴油机出现爆燃。柴油机出现压缩比增大的情况，不仅会导致柴油机的功率下降，也会对柴油机的其他零件造成破坏，从而导致柴油机的使用寿命缩短。

（2）使柴油机温度升高

      因为积碳是热的不良导体，其导热系数只有铸铁或者铸钢的百分之二。当柴油机内的燃烧室以及活塞顶部覆盖了一层积碳的时候，就相当于在燃烧室上覆盖了一层隔热层，柴油机在工作的时候所产生的温度就不能迅速散发，从而导致柴油机的工作温度上升，影响它的使用寿命。柴油机出现温度过高的情况会产生其他更多不良的现象，比如会发生早燃的情况，需要使用的燃料量增加。柴油机的温度上升还会导致机内的部分零件出现膨胀的现象，破坏了各零件之间的正常间隙，使柴油机在工作的时候出现失常的现象，影响其正常功能，并且加剧各零件之间的磨损，导致各零件之间卡死12-8。

（3）导致气门关闭不严而漏气

      如果柴油机内的气门上面存在积碳的现象，会导致气门关闭不严，甚至出现漏气的现象，此时柴油机就会出现压缩不良的现象，导致冷车启动困难，并且启动不稳定。在工作过程中，柴油机还会出现气门容易燃着的现象，严重的时候还会影响排气管的正常工作，出现冒黑烟的现象。

（4）加速气门杆和气门导管之间的磨损

      如果柴油机内的积碳在气门导管以及气门杆部内出现结胶的情况，就会导致气门杆和气门导管机间的磨损加速，甚至还会引起气门杆在气门导管内出现运动卡死的现象，从而导致气门故障。

（5）导致喷孔堵塞

      柴油机内的积碳如果过多并且附着在喷油器的喷嘴头部，会导致喷孔出现堵塞的现象，或者针阀出现卡死的现象，从而导致柴油机出现雾化不良的情况。积碳的存在，也会导致柴油机出现滴油的现象，使得柴油机在启动的时候存在困难，或者出现不完全燃烧的现象。在使用过程中，积碳过多会也会导致柴油机的排气管出现放炮或者冒黑烟的情况，甚至还会出现不规则的敲击声。

（6）导致活塞环边隙和背隙变小

      柴油机内部的零件较多，如果积碳堵塞在活塞环槽内，就会导致活塞环间隙变少，甚至出现无间隙的现象。这个时候就很容易造成活塞环胶失去弹性，甚至导致整个活塞环出现折断的现象。

（7）导致柴油机排气阻力增加

      当柴油机内的积碳堆积在排气道或者排气管内，就会导致柴油机内的排气阻力增加，从而导致缸内排气阻力上升，柴油机就会出现排气不干净，从而导致其在工作时温度上升，功率下降。

三、柴油机积炭的常规解决办法

1、清除方法

      传统清除积炭的方法一般采用机械刮除法和化学除炭法，最新技术为加氢除炭法是更加优秀的方法。

（1）解体法（机械刮除法）

      用机械方法清除积炭时，一般采用铲刀或金属丝在气缸盖、燃烧室表面、活塞顶以及活塞环槽等部位做机械铲除。机械刮除法虽然工作简便，但由于积炭与金属粘结得比较牢固，这种方法很难将积炭清除干净，而且极易在金属表面上留下伤痕，这些伤痕会成为新的积炭中心，导致更加严重的积炭。同时，由于柴油机拆卸重新装配后，其动力、密封性能会逊色于原厂，所以一般情况下，清洁发动汽缸内的积碳不宜经常进行，否则柴油机性能将大打折扣。

（2）不解体法（化学除炭法）

      化学除炭法主要是用脱炭剂先将零件上的积炭软化，然后加以清除。这种方法清除积炭较为彻底，也不会划伤零件表面。

（3）最新技术（加氢除炭法）

      由于氢气的参与，可以拓宽柴油机稀燃极限，影响过量空气系数，进而改善柴油机的稀燃性能；在空燃比确定的情况下，随着掺氢比的提高，燃烧持续期会缩短，表明掺氢确实可以提高火焰传播速度；同一空燃比下，掺氢比越高，NOx排放量越大。这是因为氢气的加入提高了燃烧温度，而高温是NOx形成的主要因素；掺氢可降低HC的排放，这是因为氢气可以提高火焰传播速度，减小淬熄距离，从而降低了不完全燃烧的可能性。C浓度由于氢气的加入而有所降低也是HC排放下降的一个原因。在过量空气系数小于1.7的区域，掺氢与否对于CO排放的影响不明显，但一旦过量空气系数超过1.7，掺氢越多，CO排放越低。这归功于氢气良好的燃烧特性，特别是在稀燃料的情况下。总而言之，通过柴油机掺氢燃烧，改善了柴油机燃烧特性，促进了混合气的完全燃烧，提高了火焰的传播速度和燃烧温度，火焰热量集中，燃烧速度快，穿透力强，促进了积炭的剥离与燃烧。对除炭试验表明，通过将分离产生的氢气引入柴油发电机组，对积碳进行物理去除与传统使用化学催化剂的清洗相比，更环保、更便捷、也更加彻底。

 2、预防措施

（1）加注全新康明斯润滑油

      为了让柴油机发挥最强效果，建议经常给柴油机加注全新康明斯的润滑油，它在柴油机内能够润滑机械部件，能抑制磨损，把积碳带走。

（2）清洗燃油系统

      所有柴油机都有燃油系统，这是汽车燃油运行最重要的部分，建议定期把燃油系统的碳颗粒清理干净，以免影响发动机的正常运行，减少积碳的产生。除碳效果如图5所示。

（3）定期更换机油滤清器

      机油滤清器的作用是过滤机油，将杂质、沉淀物和碳渣过滤出来，以确保柴油机可以正常工作，建议定期更换机油滤清器，消除润滑系统中积存的碳颗粒。更换步骤如图6所示。

（4）按照最低气温选择柴油牌号

      柴油机在工作的过程中，受到各种因素的影响，生成积碳的现象是不可避免的。工作人员应当结合柴油机积碳生成的原因来采取相应的措施，从而减少积碳的生成。在选择柴油牌号的时候，工作人员要结合最低的气温来选择。一般情况下柴油的零点要比当地当月的最低气温低4℃～6℃,所选择的柴油要保证在最低气温的时候不能出现凝固或者结蜡的现象。当地区最低温度在4℃以上，一般选用零号柴油。当最低温度是处于-5℃以上的地区，一般选用-10号柴油。当地区最低温度位于-5℃～-14℃,所适用的柴油是-20号柴油。当地区的最低温度处于-14℃～-29℃,所选用的柴油是-35号。一般情况下，在选择合适的柴油牌号时，应当是从该年的十月份到次年的五月份期间选用-35号柴油，其他的时间段可以使用零号柴油。

（5）正确使用柴油机

      在运转过程中要加强对机油压力以及温度变化的监控，避免柴油机出现过热工作的现象，保证柴油机不处于超负荷的工作状态。当柴油机出现停机的情况时，工作人员要先卸除负荷，然后再降低油门，怠速运转两分钟后再停止柴油机的运转。当柴油机处于低温的情况下，避免柴油机出现过冷工作的状态，工作人员每天在首次使用柴油机的时候，一定要保证柴油机的油门处于怠速。当柴油机启动正常之后，要先对柴机油压力进行检查，等机油压力显示正常后才能对机内的转速进行提升，从而保证发电机的正常运转。当发电机处于正常运转的情况下，工作人员可以用中等的转速来对柴油机进行预热，当柴油机内的温度升高到40℃之后才能进行负载运转。

总结：

      柴油机在工作过程中积碳现象是不可避免的，如果柴油机内积碳过多，会影响柴油机的正常运转，甚至造成比较严重的故障。为了保证柴油机的正常运转，工作人员要做好对柴油机的检查和保养，分析积碳形成的原因，及时解决存在的问题，从而延长柴油机的使用寿命。以上就是关于柴油发电机组积碳清理最佳方法的介绍，建议在柴油机积碳清理中加以使用，令柴油机运转更加顺畅，柴油机终生可靠。