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何为柴油发电机组排烟故障的“鉴貌辨色” |
摘要：柴油发电机在正常工况下，柴油完全燃烧，其排气烟色应该是无色或淡灰色。而当柴油发电机组机组工作异常时，所排出的废气烟色呈现黑烟、蓝烟、白烟、和灰烟四种。众所周知，烟色是判断柴油发电机故障的最直观表象，我们自然也应该学会“鉴貌辨色”，可以避免同样问题再次出现。因此，可以说观察废气颜色法是一种简易而快速诊断拖拉机故障的方法，通过观察柴油机所排出废气的颜色，可以及时诊断出柴油机故障原因。
一、排气冒黑烟（碳烟)
1、故障现象分析
黑烟也称碳烟，康明斯柴油发电机排气冒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全等原因造成的。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。
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。
2、故障原因
柴油机冒黑烟是由于燃油未充分燃烧，废气中含有大量碳粒和游离碳，此现象的故障原因主要有如下几点：
（1）供油量过大，柴油不能充分燃烧，此时柴油机功率不下降，反而有所提高。
（2）供油提前角过晚，致使燃油在气缸中准备时间不足，形成迟后燃烧，热量损失大，柴油机冒黑烟，功率下降，柴油机过热。
（3）喷油器雾化不良或焦死在开启位置，致使燃油燃烧不良，功率下降，排气冒黑烟。
（4）空气滤清器或进气管路堵塞，造成进气量不足，燃料不能充分燃烧，排气冒黑烟，功率下降，且发动机有异响。
（5）柴油质量不好或拖拉机超负荷作业。
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图1 柴油发电机组冒蓝烟、黑烟及白烟现象 |
图2 柴油发电机组烟色故障检修现场 |
二、排气冒白烟
1、故障现象
排气烟色为白色，它与无色不同，是水蒸气的颜色，表明排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。白烟呈液珠状态，和蓝烟相比较直径稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油发电机的白烟是未燃烃（含燃油和润滑油）、水蒸气以及不完全燃烧的中间产物（如含氧碳氢），除水蒸气外，他们也都属于微粒范畴。柴油发电机在刚启动时或冷机状态时，排气管冒白烟，是因为柴油发电机气缸内温度低油气蒸发而形成，冬季尤为明显。柴油发电机在寒冷天气运行时，机组温度低，排气管温度也低，有水蒸气排气凝结成水气形成白色排烟，是正常现象若当机组温度正常，排气管温度也正常时，仍然排出白色烟雾，说明柴油发电机工作不正常，可判断为柴油发电机故障。
2、 主要原因
柴油机冒白烟是废气中含有大量水蒸气，此现象的主要故障原因有：
（1）气缸套有裂纹或气缸垫损坏
随着冷却水温度和压力的升高，冷却水进入气缸，柴油机功率下降，水箱冒气泡，机体过热，从而在排气时形成水雾或水蒸气。
（2）喷油器雾化不良
当喷油器雾化不良，喷油压力过低，有滴油现象。导致气缸中燃油混合气不均匀，燃烧不完全，产生大量的未燃烃，排气时容易形成水雾或水蒸气。
（3）供油提前角过小
活塞上行至汽缸顶前喷入气缸的燃油过小，形成较稀的可燃混合气，过迟的喷油减少了预混燃料量，预混合量减少。预混合气减少，降低了燃烧速度，燃烧结束较晚，燃烧形成大量的水汽烟雾。
（4）燃油中有水分和空气
水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气，燃烧不完全，产生大量的未燃烃排出机外。柴油发电机刚启动时，个别气缸内不燃烧（特别是冬天），未燃烧的燃油混合器随其它工作缸的的废气排出形成水汽烟雾。
三、排气冒蓝烟
柴油机冒蓝烟是由于润滑油进入了燃烧室并参与燃烧，生成物呈蓝色气体随废气排出。此现象的故障原因主要有如下几点：
（1）空气滤清器堵塞，进气不畅或有盆内油面过高（油浴式空气滤清器），使进入汽缸内的气量减少，燃油混合气正常比例改变，造成油多气少燃油燃烧不完全，会引起排气冒蓝烟。
（2）机油油面过高，使飞溅到缸壁的机油过多，其中一少部分润滑油被活塞环泵入气缸内，机油随柴油一起燃烧，柴油机功率不下降，反而有所提高。
（3）长期低负荷（标准功率的40％以下）运转，活塞与缸套之间的间隙过大，使油底壳内润滑油容易窜入燃烧室，与汽缸中的燃料混合气混合，改变混合气正常比例，燃烧不完全，引起排气冒蓝烟。
（4）活塞环卡住或磨损过多，弹性不足，安装时活塞环倒角方向装反，使机油进入燃烧室，润滑油燃烧后产生蓝色水汽烟雾排出。
（5）在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁，活塞、气缸套磨损以及活塞环对口等状况将致使润滑油上窜燃烧室，并与燃油混合器一同燃烧。
（6）曲轴箱呼吸器与大气平衡的通气孔堵塞，导致曲轴箱废气压力大，机油上窜燃烧室参加燃烧。
（7）气门与气门导管间隙过大，柴油机吸气时，将机油雾漓吸入燃烧室参与燃烧；排气时，废气会窜入气门室，机体过热。
（8）锥形活塞环装反，活塞环向顶部刮机油，柴油机严重冒蓝烟，此时机油耗急剧增加。
（9）油环胶结失去刮油作用，机油窜入燃烧室。
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图3 柴油机冒白烟故障检查步骤 |
图4 气门导管油封失效导致柴油机冒蓝烟 |
总结：
通过对上述废气颜色所对应的故障现象特点的介绍及故障原因的分析，即可针对实际情况找出该故障的部位，采取相应的修复方法排除故障。除了蓝白黑三色故障外，当排气冒淡灰色烟，柴油机工作还算正常，但烟雾颜色加重呈灰色或接近于玄色就不正常了。此外，根据康明斯公司维修经验，我们发现柴油发电机出现烟色异常的故障是可以避免的。康明斯公司后续将会继续分享关于发电机各类知识及故障维修方案供客户参考。也欢迎读者指出错误及提出建议。
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