柴油机排烟异常

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前言

柴油发动机作为一种高效的动力输出输出装置，广泛的应用于载重汽车、工程机械、船舶、应急发电机组等，用途广泛使用量大，因此维持柴油机在使用过程中的各项性能，及时发现以及排除相应的故障便显得尤为重要。中医有“望、闻、问、切〞同样的道理也可应用于柴油机故障的判断，通过观测机器运行状态、听运转声音、询问驾驶员故障前后的操作和机器的变化状况、感知相应部位的振动状况，来初步判断机器的故障原因。而柴油机的排烟状况作为柴油机工作状况最直接的反映,通过观测颜色便可大致判断异常的原因，最为直观和便利。本文就是通过对结合对柴油机结构的阐述和对排烟异常原因的分析来判断柴油机的故障原因，将故障排除在初发期。

根据气缸中压力和温度变化的特点，柴油机燃烧过程可分为四个时期：预燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。影响燃烧过程的因素有：柴油性质、喷油提前角、转速、负荷、冷却强度、压缩比、喷油压力、喷油规律、空气涡流及配气相位等多种原因。燃烧不正往往会以排烟异常形式表现出来。柴油机正常工作时排烟呈淡灰色轻烟，短期大负荷排烟呈深灰色。由于多种原因或故障，可能出现排白烟、蓝烟、黑烟等异常现象，并伴随有起动困难、运转不稳、温度过高、敲缸、机体抖动、功率下降等特征，偶尔也会出现进气管“呛气〞、排气管“放炮〞等现象。这不仅会影响柴油机的经济性和可靠性，也会造成环境污染，因此有必要对柴油机排烟异常现象进行研究和分析。

本文表达了排气冒黑烟、白烟、蓝烟、以及黄黑烟，排气管窜火等几种现象，通过结构分析，得出排烟异常的原因，并举了大量实例具体说明。在论文的结尾简要的说明白柴油机在日常使用过程中的使用本卷须知，以及柴油机的健康管理。力求使柴油机在使用过程中处于最正确状态。

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迟敞亮：柴油发动机排烟异常的原因及排除

1基本概述

1.1柴油机的基本机构

柴油机的构造及其布置各有差异，但基本结构都是由两个机构、四个系统组成即，曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、启动系组成,如图1.1。

图1.1发动机总体结构

⑴曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是柴油机产生并输出动力的主要机构，由气缸盖、气缸体、曲轴箱、活塞、连杆曲轴与飞轮等主要零件组成。气缸体的内部有气缸套、活塞，其顶部有气缸盖，三者构成燃烧室，燃油在燃烧室内燃烧，气体膨胀而推动活塞运动。活塞通过连杆与曲轴相连，活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动而实现热能转化为机械能。⑵配气机构

配气机构是依照工作循环的需要定时地向气缸供应充足的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸。它是由进气门、排气门、气门弹簧、凸轮轴等主要零件组成。

⑶供给系统

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供给系是依照柴油机工作循环的要求向气缸提供适量的燃油与空气，并引导废气排入大气。柴油机供给系一般由燃油供给系统和进排气系统组成。其中燃油供给系统由低压油路和高压油路两部分组成。低压油路由输油泵从油箱流向柴油滤清器、喷油泵。高压油路由喷油泵提供高压油，喷油器再以雾状喷入燃烧室。

⑷润滑系统

润滑系统是将清白的润滑油以一定压力不休止的送入柴油机各摩擦副的摩擦表面，以减少其摩擦阻力和磨损，并带走摩擦产生的热量和金属磨屑，保证运动零件的工作可靠性和耐久性。柴油机润滑系由机油泵、机油滤清器、润滑油道等组成。

⑸冷却系统

冷却系是对高温零件进行适当冷却，以保证柴油机正常的工作温度，不仅保证柴油机能够连续运转，而且使柴油机具有良好的动力性和燃烧使用经济性。

按冷却方式柴油机冷却系分为水冷式和风冷式两种。风冷式冷却结构比较简单。水冷式结构比较繁杂，由水泵、风扇、散热器等组成。此外，为了保持柴油机的正常冷却强度，还配备了一些调温装置。

⑹启动系统

启动系统是使静止的柴油机转入自行运转状态，它包括启动机及附属装置

1.2柴油机的工作原理

在柴油机汽缸内，活塞往复运动完成四个循环，进气冲程，压缩冲程，膨胀冲程，排气冲程(如图1-2)。柴油机经过四个连续过程后便完成了一个工作循环，此后又开始新的工作循环，如此周而复始的继续下去，柴油机便连续运转而对外做功。

图1.2做功的四个冲程

注：1—进气门气门导管5—连杆9—排气管2—进气门杆身6—曲柄10—喷油器3—燃烧室7—排气门导管4—活塞8—排气门杆身

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⑴进气冲程进气冲程开始时活塞位于上止点,此时,进气门开启、排气门关闭。活

塞在曲轴、连杆的带动下从上止点向下止点运动，随活塞向下运动，活塞上方的容积不断增大，气缸内气体压力不断增大，汽缸内气体压力逐渐下降，新鲜气体便在气缸内外压差的作用下进入汽缸。活塞运动到下止点时进气门关闭，进气冲程终止（如图1-2a）。

⑵压缩冲程进气冲程终止后活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动，此时进气门和排气门都关闭。随着活塞向上运动，汽缸容积逐渐下降，被密封在气缸内的空气逐渐被压缩，其压力和温度随之升高，活塞运动到上止点时压缩冲程终止。此时，气体温度和压力的升高为柴油喷入气缸内形成可燃混合气体自行着火燃烧和膨胀做功创造了必要条件（如图1-2b）。

⑶膨胀冲程在压缩冲程接近终了时，喷油器以很高的压力将柴油喷入气缸，细小的油雾在高温压缩空气中吸收热量汽化，并与空气混合形成可燃混合气，自行着火燃烧，放出大量热量，使气缸中的压力和温度急剧升高。由于进气门和排气门是关闭的，所以高温柔高压气体便推动活塞由上止点向下止点运动，并通过连杆带动曲轴旋转对外做功，活塞运动到下止点时膨胀冲程终止（如图1-2c）。

⑷排气冲程膨胀冲程终止后曲轴依靠飞轮的转动惯性力继续旋转，并通过连杆带动活塞有下止点向上止点运动。这时排气门开启进气门关闭。废气在气压力及活塞的驱动作用下匀速从排气门排除气缸。当活塞运动到上止点时，排气冲程终止（如图1-2d）。

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2柴油机排烟现象综述

柴油机在正常工作温度下，其排气烟色应当是无色或淡蓝色的。所谓无色不是完全没有颜色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色。柴油机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速高负荷时也可能重一些，要注意观测正常排气烟色，才能对非正常排气烟色进行判断和分析。柴油机燃料完全燃烧后，正常烟色应当是淡灰色，负荷略重时为深灰色。柴油机在工作中会经常出现冒烟现象，柴油机排烟有黑烟、蓝烟、白烟、和灰烟等四种，他们是判断柴油机故障的重要条件。

2.1排气冒黑烟

黑烟的主要成分是喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解形成的炭黑。炭黑随废气一起排出形成黑色烟雾，表现为即为冒黑烟。因此可以分析冒黑烟的根本原因是柴油燃烧不完全造成的，而燃料混合气过浓即空气过量系数不足或可燃混合气混合不良均会造成燃烧不完全。

当负载突然变化偶尔冒黑烟属于正常现象，假使冒黑烟作为一种常态出现，便是柴油机故障的变现，由于冒黑烟会导致发动机功率下降，排气温度及水温过高，从而导致机件磨损，降低发动机寿命。

2.2排气冒蓝烟

排气冒蓝烟，一般状况下是柴油机使用日久，渐渐开始烧机油引起的。随着蓝色烟雾的加重，烧机油越来越多，就应考虑维修柴油机了。

有时燃油中混有水分，或有水分漏入燃烧室中，引起燃烧的改变，柴油机也会冒浅蓝色烟，燃油中有水分会对发动机造成腐蚀，影响发动机的性能和降低发动机的寿命，因此应当及时更换燃油。

2.3排气冒白烟

白烟的主要成分是未燃烃（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）。

当柴油机刚启动的时候冒白烟属于正常现象，由于柴油机为了获得良好的启动性能常设计有启动加浓，而冷机启动气缸内温度低，燃油过量加上雾化质量不良，有一部分燃油伴随着废气直接排出，表现为冒白烟。在冬季，由于气缸内温度和燃油温度都很低，加上排气管内凝结的水分的蒸发，因此在刚启动的时候冒白烟表现的尤为明显。若当柴油机温度正常，排气管温度也正常时，依旧排出白色烟雾，说明柴油机工作不正常，可判断为柴油机故障。

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2.4排气冒灰烟

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黑色就不

正常了，一般是进气不畅即空气供给不好的原因。当取下进气空气滤清器后，排气烟色由深变浅甚至变为无色时，就是空气滤清器堵塞了。否则应检查引起进气不畅的原因。

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3柴油机冒烟故障分析与排除

3.1柴油机冒黑烟

柴油机冒黑烟故障产生的影响因素柴油机冒黑烟是柴油机最为常见的故障之一。造成柴油机冒黑烟故障的因素好多，供油系统、燃烧系统、进排气系统等故障都可能导致柴油机出现冒黑烟故障。

柴油机冒黑烟的原因是燃油燃烧不完全，造成燃烧不完全的原因好多，既有柴油机本身的内部原因，也有与柴油机工作相关的一些外部原因。

内部原因主要是由供油系统、燃烧环境、进排气系统等故障都可能导致柴油机出现冒黑烟故障。

外部原因主要有燃油质量问题、环境因素问题、设备匹配问题3.1.1柴油机冒黑烟故障产生的原因内部原因

⑴供油系统问题

①喷油提前角不正确：提前角偏大或提前角偏小②喷油泵柱塞或出油阀磨损严重

③喷油器（嘴）问题：喷油嘴雾化不良、卡死或滴油严重或喷油压力不正确④喷油泵调速器有问题⑤喷油泵供油量太大

⑥各缸循环供油提前角不一致⑵燃烧环境问题

①汽缸压缩压力不足：活塞顶间隙太大、气门密封不严、气门座圈凹入过深、活塞环封气不严

②气门间隙不对③发动机温度过高⑶进气系统问题①空气滤质量问题②进气管阻力问题③进气温度过高问题④涡轮增压器及中冷问题⑷排气系统问题①消声器问题②排气管阻力问题外部原因

①燃油质量问题

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②环境因素问题③设备匹配问题3.1.2冒黑烟的初步判断

排气管排黑烟柴油机运转时连续排黑烟，并伴随着转速负荷的的增加冒烟量增加；同时功率下降、油耗上升柴油机启动困难或无法启动，且启动时排气管冒黑烟并有微弱放炮现象柴油机低速时排烟严重，且速度越低排烟越严重并伴有机身抖动及异响柴油机中低速时排烟正常，而高速时排烟严重，且负荷越大速度越高排烟越严重柴油机运转时出现断续冒黑烟同时功率下降、油耗上升空气滤清器堵塞及进气门堵塞；气门严重关闭不严；气缸磨损过甚，活塞环烧结；供油提前角过大。喷油器喷油压力调整过低或喷油器有滴油现象；针阀卡滞；喷油泵供油量过大等。空气滤清器过脏；进气门间隙过大；高压油泵校准失准（柱塞有效行程过大）；喷油泵自动喷油提前角调整器失灵；气缸密封不良等。柴油质量差；空气滤清器堵塞；涡轮增压器压气机壳过脏、弹力气封环磨损或烧损、各接合面漏气；喷油泵油量调理机构螺钉松动或油量校正失准低压油路限压阀损坏；个别高压分泵出油阀密封失效、柱塞偶件磨损过度，喷油器压力调整过低或气缸磨损过甚；部分气缸的气门烧损以及气门间隙过大等

3.1.3柴油机冒黑烟故障原因的确认和排除方法

综上所述，柴油机冒黑烟故障的可能原因好多，但对于一台柴油机来讲，出现冒黑烟故障的原因可能只是其中的一个因素。如何判断和确认柴油机冒黑烟产生的具体原因，是排除该故障的关键所在。原因找到了，故障也就排除了。

⑴供油系统问题导致柴油机冒黑烟故障原因的确认和排除方法

①喷油提前角不正确，柴油机的燃烧需要四个过程来完成，即着火落后期、速燃期、缓燃期和补燃期。如

图（3-1）分别对应图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个过程。图3-1燃烧过程

着火落后期，完成对燃料的雾化，加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备过程以及着火前的化学反应阶段。

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速燃期，是从柴油开始燃烧开始燃烧到气缸内压力最高这一段，此阶段柴油燃烧速率很高，气缸压力升高率加大。

缓燃期，从气缸内压力最高点到温度最高点这一阶段，缓燃期内燃烧条件变得不利，但是温度继续升高。

补燃期，从温度最高点到柴油基本完全燃烧完这一阶段，此阶段柴油在较小的膨胀系数下放热，热效率低，并简单使柴油机工作温度升高。

喷油提前角，是为保证燃油进入汽缸后能够充分燃烧的最正确提前角度，机型不同，提前角也不一致。喷油提前角不正确，使柴油机燃油燃烧不充分、不完全，会导致柴油机冒黑烟

假使柴油机的喷油提前角偏大，造成着火落后器增加，速燃期内燃烧的柴油的量相应增加，后期的燃烧会由于前期燃烧加剧造成的氧少废气多使燃烧条件变坏，造成冒黑烟。供油提前角偏大除了导致柴油机冒黑烟故障外，还会使柴油机工作平稳性下降，并伴随着振动和噪音，油耗增加功率下降，启动困难等现象。

假使柴油机的供油提前角偏小，柴油前期的雾化质量，加热、蒸发扩散与空气的混合不良，将使柴油机后燃增多，大量燃油还未充分燃烧即被排除汽缸，柴油机将严重冒黑烟，热效率下降，燃料使用的经济性变坏。供油提前角偏小除了导致柴油机冒黑烟故障外，还会有排气温度高，排气管烧红，柴油机整体温度高，柴油机因后燃增多而过热等现象。

排除方法：假使确认柴油机冒黑烟的原因是由于供油提前角不对造成的，只要将供油提前角调整到设计角度，故障即可排除。

②喷油泵柱塞或出油阀（如图3-2）严重磨损喷油泵的作用是依照一定的喷油规律定时、定量、定压向喷油器提供高压油，对各缸供油要均匀，并且要供油迅速，断油干脆。

故障表现：个别或全部喷油泵柱塞或出油阀严重磨损将导致喷油泵泵油压力下降，使喷（嘴）建压相对滞后，燃油燃烧不充分，后燃增多，所以柴油机严重冒黑烟。个别汽缸的柱塞和出油阀有问题，除了造成柴油机冒黑烟外，不会对柴油机的使用产生太大的影响。但假使喷油泵大多数的柱塞和出油阀严重磨损，在造成柴油机严重冒黑烟的同时，还有柴油机启动困难，柴油机润滑油油量可能增加，柴油机动力不足等现象。

检查方法：拆掉柴油机的排气管，启动柴油机低速运转，细心观测柴油机各个排气口的排烟状况，找出排烟大的汽缸，更换该缸的喷油器（可以与不冒黑烟的缸互换），假使该缸依旧冒黑烟，而另一缸不冒黑烟，则可以确认该缸喷油泵的柱塞或出油阀有问

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题。

用单缸灭火法：启动柴油机低速运转，逐缸断油并观测排气管出口烟度的变化状况，假使某缸断油后，柴油机烟度减小，则说明该缸供油系统（柱塞／出油阀或喷油器）存在问题。

排除方法：当柴油机工作过程中出现这些问题时，应当检查喷油泵。假使确认故障的原因是由于柱塞和出油阀严重磨损造成的，大修喷油泵后即可排除此故障。

③喷油器（嘴）问题

喷油器的作用是，将柴油雾化成较细的颗粒，并把它们合理分布到燃烧室中，以便和空气快速混合形成可燃混合气。

其故障形式有喷油嘴雾化不良、喷油压力不正确、卡死或滴油严重。

当个别缸的喷油器（嘴）损坏时，也即当某缸的喷油器（嘴）雾化不良、卡死或滴油严重时，会造成该缸燃油燃烧不完全而导致该缸严重冒黑烟。喷油器