某型柴油機排氣冒黑煙故障研究

衛 靜，俞偉強，趙曉明

（武警海警學院，浙江 寧波 315801）

引言

柴油機是燃燒柴油產生熱能再把熱能轉化成動能的機器，在燃燒過程中會因為其工況不同排煙出現不同的顏色，例如白色、藍色、黑色等。其中冒黑煙是比較常見的故障現象。

柴油機排氣冒黑煙的直接原因是柴油在氣缸內燃燒不全，未完全燃燒的顆粒隨著排氣排出[1]。柴油燃燒是否完全取決于幾個方面:一是柴油跟空氣混合是否充分，主要跟柴油的霧化和進氣壓力有關。二是柴油跟空氣混合的比例是否合適。三是柴油和空氣混合的環境溫度情況。因此柴油是否能完全燃燒取決于柴油機供油系統、進氣系統及氣缸的密封性。

1 MTU12V183TE92型柴油機排氣冒黑煙原因分析

MTU12V183TE92柴油發動機是以德國梅賽德斯——奔馳（MERCEDES——BENZ）的OM400型卡車發動機為基本機體開發而成的，該系列柴油機性能可靠、體積小、功率大，被廣泛應用于各種船舶。

1.1 供油系統排氣冒黑煙原因

如圖1所示，燃油在經過濾器后，由高壓油泵增加燃油的壓力，然后通過高壓油管供給到噴油器，噴油器負責把燃油以霧化狀態噴射到氣缸內，并與空氣進行混合。在供油系統的這幾個部件中，只要有一個部件出現了故障，柴油便不能與空氣進行很好的混合，導致燃油燃燒不良而出現排氣冒黑煙的現象。因此，供油系統中有可能導致黑煙故障的三個部件為：高壓油泵、高壓油管、噴油器。

圖1 MTU12V183TE92型供油系統組成

MTU12V183TE92型柴油機的高壓油泵屬于P型泵，德國博世的產品，在結構上分為：泵體、泵油系統、油量控制機構、驅動機構。其中泵油系統中的柱塞偶件和出油閥是決定高壓油泵泵油壓力的元件，這兩個元件如果出現磨損就會導致噴油壓力下降，使得噴入氣缸的燃油霧化質量變差，影響燃燒，從而導致排氣冒黑煙。

該型號柴油機的高壓油管是雙層壁結構，當內壁破裂的時候，柴油會泄漏到內壁和外壁中間的空間，導致燃油泄漏和壓力不足，進而造成排氣黑煙[2]。

噴油器的結構是由噴油器體、針閥偶件、調壓裝置幾個部分組成，決定柴油霧化程度的是針閥偶件和調壓裝置，所以這兩個元件出了問題，就會導致黑煙的情況。

1.2 供氣系統排氣冒黑煙原因

MTU12V183TE92型柴油機的進氣系統組成如圖2所示。

圖2 MTU12V183TE92型柴油機的進氣系統組成

由圖2可知，空氣在進入氣缸內首先需要經過空氣濾清器，然后通過壓氣機（廢氣渦輪增壓器）給空氣增加壓力和密度，經中冷器的冷卻后通過一系列的管道進入氣缸內。當柴油機的空氣濾清器臟堵、中冷器臟堵、壓氣機故障、壓氣機后的管道泄漏等其中一項情況出現，會造成進入氣缸內的空氣不足，進而導致黑煙故障現象。可能導致進氣系統中排氣冒黑煙的原因有空氣濾清器故障、中冷器故障、廢氣渦輪增壓器故障、進氣管故障。

進氣系統各個單元在協同工作下需要保證足量的具有一定壓力的新鮮空氣進入氣缸內，因此在空氣進入氣缸前，應盡量減小進氣阻力，還有合適的冷卻和足夠的壓力?？諝鉃V器的作用是過濾空氣中的雜質，保證進入氣缸的空氣的清潔度，對進氣阻力有一定的影響。中冷器是冷卻增壓后的空氣，降低空氣溫度，增加進氣的密度，同時也保證進氣的壓力不影響機器正常運行。廢氣渦輪增壓器是給增壓空氣提供動力的裝置[3]。這幾個進氣系統的部件任何一個出現故障都可能導致排氣冒黑煙。

1.3 氣缸排氣冒黑煙原因

柴油機是屬于壓縮發火的內燃機，活塞壓縮進入氣缸內的空氣后，空氣壓力和溫度都會提高，由于柴油機壓縮比比較高，氣缸內壓力在被壓縮后能達到20 bar以上，并且溫度達到600℃以上。所以，在其他系統正常的情況下，氣缸內密封性變差的話會造成壓縮壓力不足，缸內空氣的壓力和溫度都下降，導致燃燒不良，進而造成排氣冒黑煙。影響氣缸密封的主要有：缸套磨損、活塞環間隙過大、進排氣閥密封不嚴等等。因此，與有可能導致氣缸黑煙故障的零部件有氣缸套、活塞環、進排氣閥。

氣缸套內壁充滿布油網，機油在網線內起著潤滑和密封的作用，一旦這些網紋被磨損，就會出現密封失效的情況，導致壓縮壓力不足引起排氣冒黑煙等故障。

活塞環分為兩道氣環一道油環，活塞環在環槽中是有一定的間隙的，在活塞往復的運動中不可避免地會出現磨損的情況，這樣也會逐漸使密封效果下降，影響壓縮壓力。

進排氣閥的密封是依靠著氣閥的閥面和閥座貼合來密封的，柴油機運行一段時間之后出現積炭的情況，如果積炭正好在氣閥關閉的時候出現在閥面和閥座的貼合面就會使氣閥產生磨損，嚴重會使氣閥出現小坑，影響整個氣缸的密封性，引起排氣冒黑煙。

2 MTU12V183TE92型柴油機黑煙故障的排查

柴油機故障排查的原則一般是由簡到難，由外而內，根據每種機型的設計情況和容易出故障的部件以及柴油機最近一次保養后所使用的時間等方面來著手綜合分析和判斷故障。

在MTU12V183TE92型柴油機出現黑煙的故障時，首先檢查外部可以用肉眼觀察到的故障，比如空氣濾器是否臟堵或者高壓油管是否泄漏，進氣管路是否泄漏，如果空氣濾器臟堵或者高壓油管泄漏以及進氣管路泄漏，那么對這些部件進行更換后再觀察是否還有黑煙的情況出現。

如果黑煙依然出現，那么再根據該柴油機最近一次做W4等級保養的時間，以及最近一次做W5等級和W6等級保養的時間，來確定柴油機是否超出應有的保養規定時間運行進而推測相關機件的磨損情況。該型號柴油機出現排氣冒黑煙的情況最常見的原因是噴油器的柱塞偶件異常磨損，所以接下來是排查供油系統中的噴油器是否正常工作，噴油器的排查就是拆卸后用噴油器校驗臺檢查其霧化效果、噴油壓力以及是否存在滴油情況。如果噴油器拆檢不合格，則更換新柱塞偶件或者出油閥，重新調整噴油壓力[4]。

在拆卸噴油器后可以在噴油器安裝孔安裝氣缸壓縮壓力檢測器接頭，并電動盤車檢查氣缸內的密封性。如果在允許范圍內，那么說明氣缸內密封性正常。

接下來是排查進氣系統中的中冷器是否臟堵，在拆卸中冷器后分解中冷器，檢查臟堵情況，可以用強光手電觀察氣道內部的臟堵情況，如果臟堵，則進行必要的清洗。

最后是排查供油系統中的高壓油泵，高壓油泵的檢查需要在拆卸高壓油泵后拿到博世燃油售后服務商的試驗臺上檢測每缸的供油量、每缸的供油壓力等參數。檢測供油壓力不合格，則更換相關缸的高壓油泵柱塞偶件。檢測供油油量不合格，則對不合格的缸進行校對。

在排查故障的時候一定要非常細心，循序漸進，由易到難，以盡量少拆為前提，徹底排查故障。

3 MTU12V183TE92型柴油機黑煙故障預防

3.1 供油系統

供油系統中的問題，基本上是因為噴油器和高壓油泵內部的柱塞偶件磨損，而這些磨損的原因除了是因為機件本身的磨損外還有柴油里雜質的影響，所以供給干凈的柴油會延長噴油器和高壓油泵的使用壽命。

3.2 進氣系統

進氣系統的問題主要出在空氣濾器和中冷器，中冷器臟堵的原因主要有：進氣不清潔，而是油氣吸出裝置中攜帶滑油；進氣阻力大造成增壓器壓氣端密封不良而機油漏出。所以該機型的油氣吸出裝置在運行一段時間后要定期清洗。而空氣濾器在臟堵之后必須更換。

3.3 氣缸

氣缸內的密封性跟缸套活塞環及氣閥有關，在柴油機正常運行下，缸套和活塞環都會有一定程度的磨損，而這磨損的程度又跟滑油有關，所以應該定期更換滑油。