船用柴油機排氣高溫原因分析及解決方法

劉友

摘 要：船舶輪機員在工作中或多或少都遇到過柴油機排氣溫度非正常升高的問題，引起此問題的原因非常多，分析起來也較為繁瑣。本文通過作者20年工作中總結的經驗，對柴油機排氣高溫原因進行了分析，并列出了解決排氣高溫問題的方法。

關鍵詞：柴油機；排氣高溫；原因分析；解決方法

中圖分類號：U664.121 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）08-0050-02

柴油機排氣溫度異常，歸根到底就是燃燒質量不好，燃油在燃燒室燃燒過程沒有按照設計的要求進行。柴油機正常燃燒過程是及時（在上止點前后發火并燃燒完畢，通常以毫秒單位度量）、完全、平穩（燃燒過程柔和并無敲缸現象，要求燃油在燃燒前必須經歷燃油噴射、霧化、蒸發并與空氣充分混合，還要求壓縮空氣到達一定的溫度）和空氣利用率高。基于柴油機良好燃燒過程的要求，我們來剖析引起排氣溫度高的一些原因。

1 柴油機排氣高溫原因分析

引起柴油機排氣高溫的原因主要有換氣質量差、燃油系統故障等。

1.1 柴油機換氣質量差會引起的排氣高溫

柴油機換氣質量的好壞對柴油機的燃燒過程有著很大的影響，與排煙溫度也就是熱負荷的大小有直接關系，這是我們輪機管理人員的共識。在一些船上，由于忽視了對柴油機換氣系統必要的保養，使換氣質量變壞，導致柴油機過量空氣系數α減小（不同柴油機燃燒過量空氣系數有所不同，增壓二沖程柴油機α=1.9～2.3；增壓四沖程柴油機α=1.7～2.1），燃燒惡化，排煙溫度升高，熱負荷增加，可靠性下降。空氣量不足導致換氣質量差主要有以下幾個原因。

（1） 氣缸密封狀態差導致空氣量不足。每一型號柴油機都有一個固定壓縮比，即氣體被壓縮前后氣缸的容積比。一般四沖程柴油機進入氣缸的氣體被壓縮終了時壓力可達到3.7-4.2Mpa（也是我們常說的柴油機壓縮壓力）、溫度將上升到550-600℃，瞬間可點燃被噴進氣缸的燃油。如果氣缸密封狀態差，壓縮壓力就會變小而導致壓縮終點溫度變低，就會使燃燒變遲而產生后燃。氣閥間隙調整不當； 氣閥卡阻；氣閥漏氣（尤其是排氣閥因燒蝕而漏氣）；活塞環因磨損嚴重或斷裂而造成漏氣等都會引起氣缸密封變差的因素。

（2）掃氣壓力不足導致氣缸進氣量不足。二沖程柴油機對掃氣壓力的要求是非常高的，管理過二沖程柴油機的輪機員都經常遇到這樣情況，就是當主機由機動航行逐步加速到定速航行過程，開始時掃氣壓力是由輔助風機提供的，隨著增壓器效率的逐步提高，當掃氣壓力上升到一定值時輔助風機會自動停止，輔助風機自動停止的短時間內，各缸的排氣溫度和排氣總管溫度上升的非常快。我們通常的做法是加速速率快一點，讓廢氣渦輪增壓器效率盡快提高，增加掃氣壓力，隨著掃氣壓力的提高各缸的排氣溫度和排氣總管的溫度會明顯下降。這是非常典型的因掃氣壓力不足而導致的排溫升高的例子。增壓四沖程柴油機換氣過程也存在掃氣過程，在進氣階段之初利用進、排氣閥重疊角實現燃燒室掃氣。同樣，掃氣壓力越大換氣越徹底。

掃氣壓力不足的主要原因：增壓器軸承損傷；柴油機長時間低負荷運行，增壓器效率低；掃氣系統有漏泄等。判斷氣缸內空氣量是否充足，最直觀是看示功圖。氣缸進氣量不足測取的示功圖和正常示功圖比較有如下特點：最高燃燒壓力PZ和壓縮壓力PC都降低；膨脹線與壓縮線均降低；示功圖面積減小，指示功率降低，排氣溫度升高。如果不能測取示功圖的中高速柴油機，就用爆壓表測取壓縮壓力和爆發壓力、檢查油門刻度和排煙溫度，與正常值比較一下也會非常直觀判斷是否正常。

（3）掃氣溫度高導致進氣量不足。為了保證進入柴油機氣缸的空氣量與噴入氣缸的燃油有一個合適的比例，現代柴油機都采用增壓系統。一般情況下，額定轉速情況下增壓器壓氣端出來的空氣為80-200℃，這就要求對被增壓器壓縮的空氣進行冷卻來增加空氣密度，以滿足良好的燃燒條件。一般要求冷卻后進機前的空氣溫度在42-45℃。通常情況下，柴油機進氣溫度升高1℃，排氣溫度升高3℃。引起掃氣溫度升高的主要因素： 因空冷器臟堵或水泵效率下降而造成冷卻能力下降；因水溫升高而沒有調節調溫閥，或自動調溫閥故障；掃氣箱著火等。

1.2 燃油系統故障導致排溫升高

燃油系統發生故障而導致后燃嚴重，造成排溫升高的因素有：噴油提前角太小；噴油器油嘴霧化不好或噴射終點有滴漏； 使用劣質燃油會導致所有缸排溫和排氣總管溫度上升；各缸油門不均，油門大的因超負荷而導致排溫上升；高壓油泵出油閥故障；高壓油泵柱塞偶件因磨損嚴重而不能及時打開噴油器等。

高壓油泵出油閥一般都帶有回油止回閥（鋼珠加彈簧），止回壓力一般在1.0Mpa左右，它的作用是防汽蝕和保證準時供油，這個止回閥密封不嚴的話會導致油嘴針閥偶件氣蝕、柴油機啟動困難和后燃現象等。

判斷柱塞偶件是否過度磨損的方法有很多，有條件情況下最好到專業廠家檢查，但大多數船舶是沒有這個條件的。個人認為在船上判斷偶件密封好壞比較簡單方法有：①無論是組合泵還是單體泵，平時用著時候沒發現有什么異常，但保養完噴油器將其壓力調到正常值時，啟動柴油機變得比較困難時，很可能是高壓油泵偶件出現問題了；②判斷單體泵偶件密封好壞時，啟動柴油機讓其怠速運轉，適當加大單缸供油量，當你能夠聽到清脆的燃燒敲缸聲音證明此高壓油泵偶件密封是好的；③用輕油啟動柴油機困難，輕重混合或重油直接啟動反而容易，一定是高壓油泵柱塞偶件出現問題了。

2 柴油機排氣高溫的危害

柴油機排氣溫度高有很多危害，主要表現在高溫腐蝕、氣閥裂紋或碎裂等方面。管理方若不足夠重視，會給船舶航行安全帶來重大影響。船舶機械的運行環境要比陸地上的機械苛刻，若不保養好機器，特別是在遇到極端條件下時，就會出現難以挽回的重大災難。

2.1 高溫腐蝕

目前在航運市場上普遍使用的劣質燃油中含有大量釩、鈉和硫等元素。在燃燒過程中.硫、釩和鈉等元素形成氧化硫、五氧化二釩和氧化鈉等（這些氧化物的化學成份取決于過量氧氣和燃燒溫度）。氧化物之間要發生反應，而且還要與滑油中的鈣反應，形成低熔點的鹽類，有硫酸鈉，硫酸鈣和不同成份的釩酸鈉等。這些鹽類混合物熔點一般為535°C左右，同時具有較強的腐蝕性。當零件溫度在550°C以上時，足以使釩、鈉化臺物處于熔化狀態，附著于零件表面。當排氣閥在工作中時，由于排氣高溫（氣閥溫度可達650-800°C以上），使它以液態形成沉積在閥盤及閥座以及閥桿與閥面的過渡表面上。這時即使是非常耐腐蝕的硬質合金鋼也會受到腐蝕，腐蝕結果在密封錐面上形成麻點、凹坑.凹坑相連就可能造成漏氣。

2.2 氣閥裂紋或碎裂

氣閥是在溫度循環變化條件下工作，難免會產生疲勞即熱疲勞。尤其排氣閥如長期在排氣溫度過高的條件下工作，會降低材料的熱疲勞抗力，后果是閥盤邊緣或閥盤根部容易產生裂紋或碎裂繼而造成機損事故。

3 解決柴油機排氣高溫的方法

根據上面對柴油機排氣高溫的原因分析，解決柴油機排氣高溫有以下幾種方法：

3.1 確保柴油機換氣質量良好

（1）保證燃燒室密封良好。工作人員應定期按照說明書要求對氣閥間隙進行調整；定期按照說明書要求檢查氣閥和氣閥導管之間的間隙；定期對旋閥器、氣閥進行檢查；定期對活塞、活塞環進行檢查。

（2）保證掃氣質量。工作人員應定期對增壓器進行拆檢、清洗；避免柴油機長時間低負荷運行；保證柴油機進氣系統密封性良好，無漏氣現象；定期對空冷器進行清洗，對自動調溫閥進行拆檢，確保處于良好工作狀態。

3.2 確保燃油系統工作良好

燃油系統是輸送燃油供柴油機運行的系統。燃油系統對保證柴油機正常運行尤為重要。因此應正確的對燃油系統進行保養對，柴油機穩定可靠的運行至關重要。工作人員應定期檢查噴油提前角，確保滿足說明書要求；定期對噴油器進行霧化試驗；定期對各缸供油量進行檢查；定期對高壓油泵、噴油器、出油閥進行拆檢。

4 結論與建議

隨著柴油機單缸功率的提高，增壓器增壓壓力越來也高，這對增壓器管理就提出了更高的要求。然而，傳統上工作人員對“油”的管理較為重視，如比較重視對高壓油泵、噴油器等的維護保養；而對“氣”的管理還不夠重視，如在增壓器、空冷器、進排氣道清潔程度，特別是增壓器的管理上還較為疏忽。大部分輪機管理人員都認為增壓器比較神秘而不敢動，越不敢拆開檢查清潔，增壓器就越容易犯病。個人認為只要認真閱讀增壓器對應的說明書，嚴格按照說明書的要求及步驟去拆裝就不會有問題。關鍵是要注意說明書所要求的幾個間隙值，一定要測量準確，裝配螺栓時按照說明書要求的扭力值，做到這些就不會有問題了。