柴油機(jī)排氣溫度高的原因及故障排除

沈 海

（海申機(jī)電總廠（象山），寧波 315718）

柴油機(jī)排氣溫度高是較為常見的故障之一，主要是燃油未在氣缸中充分燃燒，并在排氣管中二次燃燒造成的[1]。若發(fā)生此類故障，不但會影響柴油機(jī)日常運(yùn)行的安全性與可靠性，還會降低其經(jīng)濟(jì)性，因此有必要全面分析并排除故障。文章以某船舶使用的TBD234V6型柴油機(jī)發(fā)生的排氣溫度高故障為例展開分析。

1 柴油機(jī)排氣溫度高的常見原因

1.1 燃油質(zhì)量問題

燃油質(zhì)量是導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度過高的主要原因之一。通常情況下，燃油的型號、存放環(huán)境及存放時(shí)間等均會對燃油質(zhì)量造成直接影響。若燃油質(zhì)量較差，其流量與運(yùn)動(dòng)粘度均會降低，從而導(dǎo)致噴油器不良霧化、燃油燃燒惡化的現(xiàn)象，引發(fā)排氣溫度升高的問題[2]。例如：燃油中的雜質(zhì)和顆粒物過多，會導(dǎo)致燃油的流動(dòng)性變差，影響燃油的霧化效果，使得燃燒效率降低；燃油中含有過多的水分會導(dǎo)致燃油的油路系統(tǒng)堵塞，影響燃油的供應(yīng)和噴射效果，從而降低柴油機(jī)的燃燒效率，導(dǎo)致排氣溫度升高；燃油濾清器的作用是過濾燃油中的雜質(zhì)和顆粒物，如果燃油濾清器堵塞，會影響燃油的過濾效果，使得不潔凈的燃油進(jìn)入氣缸，導(dǎo)致燃燒效率降低，排氣溫度升高。同時(shí)，如果柴油機(jī)和燃油不匹配，也將導(dǎo)致排氣溫度上升，對其正常運(yùn)行造成影響。對此，可使用高質(zhì)量的燃油、調(diào)整燃油黏度、定期清洗油箱和油路、定期更換燃油濾清器以及檢查并調(diào)整噴油器前角等措施。通過這些措施的實(shí)施，可以有效改善柴油機(jī)的燃燒性能，降低排氣溫度。

1.2 供油、換氣定時(shí)異常

供油定時(shí)異常指的是燃油噴射到柴油機(jī)汽缸內(nèi)的時(shí)間與理想的噴油時(shí)間存在偏差，這種偏差可能由噴油泵調(diào)節(jié)不當(dāng)、噴油器磨損或堵塞、燃油系統(tǒng)壓力波動(dòng)等造成[3]。當(dāng)燃油在活塞尚未達(dá)到上止點(diǎn)前過早噴入汽缸時(shí)，會導(dǎo)致燃油與空氣混合不充分，部分燃油在汽缸內(nèi)未能及時(shí)燃燒。這些未燃燒的燃油在排氣過程中會繼續(xù)燃燒，導(dǎo)致排氣溫度升高。如果燃油在活塞接近或已過上止點(diǎn)后才噴入汽缸，燃燒將在活塞下行的膨脹過程中進(jìn)行。這種情況下，由于汽缸內(nèi)的壓力和溫度較低，燃油的燃燒速度和效率都會降低，從而導(dǎo)致排氣溫度升高。

換氣定時(shí)異常指的是柴油機(jī)進(jìn)氣門、排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)間與理想的定時(shí)存在偏差，這種偏差可能由氣門間隙調(diào)整不當(dāng)、凸輪軸磨損、氣門彈簧失效等造成[4]。進(jìn)氣門開啟過早會導(dǎo)致進(jìn)入汽缸的新鮮空氣量不足，影響燃油充分燃燒，而開啟過晚則會導(dǎo)致汽缸內(nèi)的廢氣殘留過多，同樣會影響燃油的燃燒效率。這兩種情況都會導(dǎo)致燃燒不完全，從而使得排氣溫度升高。排氣門關(guān)閉過早會阻止廢氣完全排出汽缸，導(dǎo)致汽缸內(nèi)殘留廢氣過多，而關(guān)閉過晚則會導(dǎo)致新鮮空氣在排氣過程中被排出汽缸，減少汽缸內(nèi)的有效空氣量。這兩種情況都會降低燃燒效率，造成排氣溫度升高的情況。通過采取定期檢查和調(diào)整供油器前角和換氣定時(shí)，保持掃氣質(zhì)量和進(jìn)氣系統(tǒng)的密封性良好，定期對增壓器和空冷器進(jìn)行檢查和維護(hù)等措施，可以有效避免因供油、換氣定時(shí)異常導(dǎo)致的柴油機(jī)過熱問題。

1.3 增壓器方面的原因

增壓器是一種能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的設(shè)備，主要通過壓縮空氣來增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，從而提高燃料燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)性能。根據(jù)工作原理，增壓器可以分為機(jī)械增壓器和渦輪增壓器兩種類型。通過增壓，柴油機(jī)可以獲得更高的功率和轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低燃油消耗率。然而，增壓器的工作會對柴油機(jī)的排氣溫度產(chǎn)生影響。當(dāng)增壓器工作時(shí)，它會將空氣壓縮并送入柴油機(jī)的汽缸內(nèi)，這個(gè)過程會產(chǎn)生大量熱量，使得排出的空氣溫度升高。如果增壓器的工作效率過高，或者柴油機(jī)長時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，排氣溫度可能會超過正常范圍，導(dǎo)致排氣系統(tǒng)過熱甚至損壞[5]。以TBD234V6 型柴油機(jī)為例，其為廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，空氣由進(jìn)氣濾器進(jìn)入增壓器中被壓縮，再由中間冷卻器進(jìn)行冷卻，以此使氣缸中的空氣密度能夠達(dá)標(biāo)，保障供氣量充足。一旦渦輪增壓器發(fā)生故障，必然會造成進(jìn)氣量不足，燃油在噴入氣缸后無法完全燃燒，最終引發(fā)排氣溫度升高的問題。對此，可以采用保持合適的負(fù)荷、做好透平和空冷器的維護(hù)工作、定期檢查和更換機(jī)油、定期檢查掃氣系統(tǒng)、定期檢查和更換增壓器配件、合理調(diào)整供油和換氣定時(shí)以及保持柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的密封性良好等措施，從而有效改善增壓器的工作狀態(tài)，降低柴油機(jī)的排氣溫度。

1.4 空冷器故障

空冷器是柴油機(jī)的重要部件，負(fù)責(zé)將空氣冷卻并供給柴油機(jī)。如果空冷器出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致排氣溫度過高。如果空冷器的散熱片被污垢、塵土等堵塞，散熱效果會變差，導(dǎo)致進(jìn)入柴油機(jī)的空氣溫度過高，從而使排氣溫度升高。同時(shí)，空冷器需要通過風(fēng)扇來強(qiáng)制散熱。如果風(fēng)扇出現(xiàn)故障，如轉(zhuǎn)速過慢或停轉(zhuǎn)，將無法提供足夠的散熱風(fēng)量，導(dǎo)致進(jìn)入柴油機(jī)的空氣溫度過高，這也會使得排氣溫度升高。某些類型的空冷器設(shè)有控制閥，以調(diào)節(jié)進(jìn)入柴油機(jī)的空氣流量。如果控制閥出現(xiàn)故障，如調(diào)節(jié)失靈或完全關(guān)閉，將導(dǎo)致進(jìn)入柴油機(jī)的空氣流量不足，從而造成排氣溫度升高。對于空冷器故障導(dǎo)致的柴油機(jī)排氣溫度高的問題，可以采取清洗和檢查空冷器、調(diào)整冷卻水流量、檢查自動(dòng)調(diào)溫閥、檢查并調(diào)整氣閥間隙、更換損壞的零件等措施，有效改善空冷器的工作狀態(tài)，降低柴油機(jī)的排氣溫度。

2 案例分析

2.1 故障現(xiàn)象描述

柴油機(jī)的排氣溫度是其日常運(yùn)行管理中的重點(diǎn)監(jiān)測對象，能夠直接體現(xiàn)柴油機(jī)缸內(nèi)的實(shí)際負(fù)荷與燃燒質(zhì)量，也是衡量柴油機(jī)熱負(fù)荷大小的關(guān)鍵指標(biāo)，更是分析柴油機(jī)性能的基本依據(jù)。柴油機(jī)的排氣溫度一旦出現(xiàn)過高的現(xiàn)象，將導(dǎo)致柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及安全性等受到極大的負(fù)面影響。

某船舶發(fā)電柴油機(jī)型號為TBD234V6，額定功率為186 kW，額定電流為238 A，額定電壓為400 V，頻率為50 Hz，轉(zhuǎn)速為1 500 r·min-1，采用渦輪增壓器，6 缸呈V 形排列。副機(jī)在使用5 000 h 左右時(shí)，其排氣管出現(xiàn)聲音異常的現(xiàn)象。檢查后發(fā)現(xiàn)排氣管溫度過高，渦輪后排氣溫度最低單缸排溫為540 ℃，最高單缸排溫達(dá)到598 ℃，而該型號采油機(jī)的正常排氣溫度限定為500 ℃。柴油機(jī)排氣溫度統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。

表1 柴油機(jī)排氣溫度統(tǒng)計(jì)

2.2 原因分析

柴油機(jī)正常燃燒是保障排氣溫度正常的關(guān)鍵，而要確保正常燃燒，首先必須保證燃油量充足，并確保在良好的霧化條件下能夠充分與空氣有效混合，在燃燒室中完全燃燒。任何一項(xiàng)條件達(dá)不到要求，都可能導(dǎo)致排氣溫度過高。結(jié)合導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度過高的常見原因，分析案例中的故障問題。

2.2.1 燃油質(zhì)量

燃油質(zhì)量差會導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒不充分，進(jìn)而引起排氣溫度升高。因此，在使用柴油機(jī)時(shí)，應(yīng)選用符合要求的高質(zhì)量燃油，并定期清洗和維護(hù)燃油系統(tǒng)，以保證燃油的供給和燃燒效果。某船舶發(fā)電柴油機(jī)和主機(jī)使用的是同一供油系統(tǒng)，該船具有較強(qiáng)的自動(dòng)化功能，其燃油粘度始終穩(wěn)定在13 mm2·s-1左右，進(jìn)機(jī)溫度控制在130 ℃左右，能夠充分保障霧化條件。燃油油樣的檢驗(yàn)檢測結(jié)果顯示，該船燃油完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求。檢驗(yàn)燃油進(jìn)機(jī)前的細(xì)濾器，未發(fā)現(xiàn)細(xì)濾器出現(xiàn)旁通問題，濾芯不存在任何損壞。由此可知，可以完全排除因燃油質(zhì)量導(dǎo)致的柴油機(jī)排氣溫度過高的問題。

2.2.2 供油定時(shí)與換氣定時(shí)

由于供油定時(shí)滯后與換氣定時(shí)提前均會引起柴油機(jī)排氣溫度升高，為充分了解某船舶柴油機(jī)排氣溫度過高的原因，有必要檢測其供油定時(shí)與換氣定時(shí)。TBD234V6 型柴油機(jī)的進(jìn)排氣與噴油定時(shí)無法進(jìn)行單缸調(diào)整，必須對進(jìn)排氣凸輪軸及高壓油泵凸輪軸作總調(diào)處理。通過檢測傳動(dòng)齒輪中的定位標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)定時(shí)異常。測量各缸高壓油泵的升程，結(jié)果顯示和出廠記錄并無差異。在高壓油泵漏泄油管進(jìn)行拆檢，并未發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。同時(shí)，在進(jìn)排氣頂桿、凸輪以及噴油凸輪的檢查中也未發(fā)現(xiàn)明顯問題。綜上所述，此次排氣溫度過高故障與供油、換氣定時(shí)無關(guān)。

2.2.3 空冷器

若空冷器的空氣側(cè)出現(xiàn)堵塞情況，將會增大阻力，降低進(jìn)氣總管中的空氣壓力，導(dǎo)致進(jìn)氣量大幅減少，從而引發(fā)柴油機(jī)排氣溫度過高的現(xiàn)象。此外，若淡水冷卻效果差或空冷器的空氣進(jìn)出口出現(xiàn)旁通現(xiàn)象，都將提升進(jìn)氣總管的空氣溫度，降低空氣密度，進(jìn)而引發(fā)排氣溫度過高故障。為此，充分拆洗某船舶發(fā)電柴油機(jī)的空冷器，對比拆洗前后的進(jìn)氣溫度與壓力變化，結(jié)果顯示并無差異，且排氣溫度也未發(fā)生任何變化。由此可知，空冷器堵塞或者空氣旁通并非導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度過高的根本原因。

2.2.4 廢氣渦輪增壓器

廢氣渦輪增壓器是引發(fā)柴油機(jī)整機(jī)排氣溫度過高的重要因素之一，其壓氣機(jī)葉輪、空氣濾網(wǎng)、工作葉輪、噴嘴環(huán)等一旦發(fā)生污染或損壞，都會降低增壓器效率及增壓壓力，從而導(dǎo)致柴油機(jī)出現(xiàn)排氣溫度過高故障。對某船舶發(fā)電柴油機(jī)的增壓器進(jìn)行拆檢后發(fā)現(xiàn)，其噴嘴環(huán)的導(dǎo)向葉片根部出現(xiàn)沖蝕磨損的現(xiàn)象，除此之外無任何異常，如圖1 所示。由此可以得知，噴嘴環(huán)損壞極有可能是導(dǎo)致排氣溫度過高的主要原因。

圖1 沖蝕損壞的噴嘴環(huán)

2.3 故障排除

分析以上故障原因可知，某船舶發(fā)電柴油機(jī)排氣溫度過高很有可能是噴嘴環(huán)損壞引起的。為進(jìn)一步排除故障，換掉原本損壞的噴嘴環(huán)后排氣溫度恢復(fù)到正常值，更換前后柴油機(jī)排氣溫度統(tǒng)計(jì)，如表2 所示。

表2 噴嘴環(huán)更換前后柴油機(jī)排氣溫度統(tǒng)計(jì)

表2 中數(shù)據(jù)可以明確，噴嘴環(huán)損壞是導(dǎo)致某船舶發(fā)電柴油機(jī)排氣溫度過高的主要原因。由于噴嘴環(huán)的葉片出現(xiàn)沖蝕磨損，擴(kuò)大了噴嘴環(huán)流通面積，降低了排氣流速和增壓器的效率，最終引發(fā)了排氣溫度升高的故障。

3 結(jié)語

導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度高的因素較為復(fù)雜，相關(guān)人員要根據(jù)其具體運(yùn)行情況進(jìn)行綜合排查，準(zhǔn)確找出故障根源，從而采取相應(yīng)的處理措施。本研究通過故障現(xiàn)象的描述，從TBD234V6 型柴油機(jī)溫度高的常見原因著手，有效減少了故障排除程序，避免因?yàn)槊つ坎鹦抖霈F(xiàn)二次故障。通過仔細(xì)排查，找出故障點(diǎn)并進(jìn)行排除。由此可見，結(jié)合柴油機(jī)日常使用過程中的相關(guān)參數(shù)與結(jié)構(gòu)特征逐一分析和排除，是解決柴油機(jī)排氣溫度高問題的有效途徑。