李崇令
摘要:當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),氣缸會(huì)獲得完全的燃燒。正常狀態(tài)下的有機(jī)廢氣應(yīng)為無色或呈淺灰色。如果柴油機(jī)工作時(shí)排氣溫度過高,并且排氣管冒出黑煙,則是由于噴射柴油機(jī)未充分燃燒所致。在此基礎(chǔ)上,本文將分析造成柴油機(jī)排氣溫度高的關(guān)鍵原因,并逐一消除。
關(guān)鍵詞:柴油機(jī);排氣溫度;常見故障
中圖分類號(hào):U664.121.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)12-0121-02
0? 引言
燃料的不完全燃燒不僅會(huì)增加柴油機(jī)的燃料消耗并降低輸出功率,而且還會(huì)在柴油機(jī)活塞缸及其燃燒室上造成大量積碳,從而改變柴油機(jī)的壓縮比,使得排氣溫度升高。不完全燃燒也會(huì)導(dǎo)致排氣管的二次燃燒,柴油機(jī)大量冒黑煙等異常情況。而排氣溫度高會(huì)使氣門卡澀,密封件加速老化,零部件損壞,從而降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。因此,應(yīng)立即清除柴油機(jī)的常見故障。
1? 案例概述
本文的關(guān)鍵是以12V240ZD柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為例。12V240ZD型柴油機(jī)為水冷、直接噴射、開式淺ω型燃燒室、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的V型四沖程柴油機(jī)。氣缸直徑為240mm,活塞行程275mm,壓縮比為12.4:1,標(biāo)定功率2100kW,標(biāo)定轉(zhuǎn)速1000rpm。柴油機(jī)在滿功率試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)排氣管異常聲音,排氣管溫度偏高,標(biāo)準(zhǔn)為小于520℃,實(shí)際為540℃。
2? 柴油機(jī)排氣溫度高的原因分析
2.1 燃油質(zhì)量
燃油質(zhì)量受型號(hào)、環(huán)境溫度、存放條件、存放時(shí)間的影響,當(dāng)燃油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)后可能導(dǎo)致燃油的運(yùn)動(dòng)粘度改變,流量改變等問題,此情況會(huì)造成噴油器霧化不良,燃油燃燒不佳,最終導(dǎo)致排氣溫度升高。影響燃油性能指標(biāo)的因素有十六烷值和氧化安定性指標(biāo),當(dāng)十六烷值過低或者氧化安定性超標(biāo)時(shí),燃油燃燒的滯燃期會(huì)較長(zhǎng),燃燒著火滯后,容易造成排煙管的二次燃燒,使排氣溫度升高。十六烷值過高也會(huì)使得燃燒不良,導(dǎo)致排氣溫度高。
2.2 供油及換氣定時(shí)異常
如果噴油提前角過大,則噴油時(shí)間過早。柴油機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)過程中,其包含進(jìn)氣→壓縮→做工→排氣等階段,在運(yùn)行與控制的過程中,噴油后,則燃料開始充分燃燒,并達(dá)到額定輸出功率。如果燃油提前噴入氣缸,此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力溫度都不是設(shè)定的最佳數(shù)值,燃油的提前燃燒,可能會(huì)使得活塞未運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)便提前進(jìn)入做工行程,開始下降,從而壓縮比降低,輸出功率降低,溫度升高。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爆震。
柴油機(jī)本體的進(jìn)排氣是通過進(jìn)排氣閥來控制,而進(jìn)排氣閥則是通過凸輪軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)搖臂來推動(dòng)的,搖臂與進(jìn)排氣閥之間存在一個(gè)間隙,這個(gè)間隙叫氣閥間隙。氣閥間隙的大小會(huì)直接影響進(jìn)排氣閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間。排氣閥間隙過小則會(huì)導(dǎo)致噴入氣缸的燃油在混合燃燒還沒結(jié)束便進(jìn)入到排氣管道,導(dǎo)致燃燒不充分,也容易導(dǎo)致排煙管二次燃燒,造成排氣溫度高的現(xiàn)象。進(jìn)氣閥間隙過大則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣延時(shí),燃油噴入氣缸后空氣供應(yīng)不足,導(dǎo)致燃燒不充分,排氣溫度升高。排氣閥卡死在開啟位置或排氣閥密封不好,會(huì)導(dǎo)致新鮮空氣從排氣發(fā)出泄漏,燃燒空氣減少,壓縮壓力下降,燃燒惡化,排氣溫度升高。
基于此,則需要對(duì)供油、換氣等方面進(jìn)行定時(shí)控制,這對(duì)柴油機(jī)的溫度控制會(huì)產(chǎn)生直接的影響。這不僅會(huì)導(dǎo)致排氣溫度升高并且排氣會(huì)繼續(xù)起火,還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。
2.3 空氣供應(yīng)問題
在實(shí)際運(yùn)行的過程中,氣缸在收縮壓力下,空氣供應(yīng)不能滿足實(shí)際的運(yùn)行需要,直接影響柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行水平。空氣供應(yīng)不足將會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)在壓縮沖程末期,燃油噴入氣缸后,在高溫高壓下與空氣混合燃燒不充分,會(huì)直接導(dǎo)致燃燒效率大幅下降,進(jìn)而導(dǎo)致大量未燃燒充分的混合氣體進(jìn)入排氣管二次燃燒。12V240ZD型柴油機(jī)采用的是廢氣渦輪增壓系統(tǒng),空氣通過進(jìn)氣濾器到達(dá)增壓器進(jìn)行壓縮,然后通過中間冷卻器將高溫高壓的壓縮空氣進(jìn)行冷卻,這樣可以保證進(jìn)入氣缸的空氣的密度達(dá)到需要的要求,進(jìn)而保證供氣量。若是渦輪增壓器故障,則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣量不夠,大量噴入氣缸的燃油無法充分燃燒,導(dǎo)致排氣溫度高。
活塞環(huán)是阻隔燃燒室和曲軸箱的密封環(huán),當(dāng)活塞環(huán)失效或活塞環(huán)間隙過大時(shí),則會(huì)導(dǎo)致空氣和燃?xì)獯罅扛Z入曲軸,不僅影響燃燒效率,同時(shí)還會(huì)使曲軸壓力升高,有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
2.4 噴油器、噴油泵故障
噴油器不能很好地霧化或漏油,這會(huì)使噴入氣缸的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒變大且分布不均勻。如果燃燒不完全,則排氣將產(chǎn)生黑煙,并且排氣溫度將相對(duì)較高。如果柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震聲中斷并且排氣聲不均勻,則表明噴油嘴有問題。此時(shí),可以通過各缸排氣溫度檢查,找到有問題的噴油器。對(duì)噴油器進(jìn)行霧化試驗(yàn),12V240ZD噴油器的霧化壓力為34.5±0.35MPa以每分鐘50~90 次噴射,須聲音清脆、噴射開始和終了明顯、霧化良好,不許有肉眼能見到的飛濺油粒、連續(xù)不斷的油柱和局部密集的油霧。
噴油泵的供油是通過凸輪軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)泵內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,活塞的供油時(shí)間則是通過齒條來控制,若是齒條位置不對(duì),則會(huì)導(dǎo)致供油量發(fā)生變化。此時(shí)應(yīng)檢查噴油泵齒條是否在正??潭任恢?,同時(shí)停機(jī)后應(yīng)能回到零油位。噴油泵出油閥卡澀,柱塞副卡澀等都會(huì)導(dǎo)致噴油泵失效,導(dǎo)致燃油無法進(jìn)入到噴油器或者進(jìn)入噴油器后的壓力不足,會(huì)使得噴油器噴油霧化不佳,進(jìn)而導(dǎo)致排氣溫度異常。噴油泵柱塞副磨損嚴(yán)重,會(huì)導(dǎo)致密封性能降低,噴油壓力降低,噴油角滯后,燃燒質(zhì)量不佳,從而也會(huì)導(dǎo)致排氣溫度高。
3? 柴油機(jī)排氣溫度高的排除措施
3.1 控制燃油質(zhì)量
根據(jù)地區(qū)、氣候以及使用機(jī)型合理選擇燃油型號(hào),包括輕柴油、重柴油以及控制合適的凝點(diǎn)、濁點(diǎn)、十六烷值等特性參數(shù)。
燃油系統(tǒng)需要安裝燃油濾器,以防止大顆粒燃油無法充分燃燒,霧化質(zhì)量變差,導(dǎo)致排氣溫度高的現(xiàn)象發(fā)生。燃油存放時(shí)間也不宜過久,一般船用和車用柴油機(jī)燃油存放時(shí)間不會(huì)超過1年,而電站的應(yīng)急柴油機(jī)燃油存放時(shí)間往往會(huì)達(dá)到數(shù)年,燃油存放時(shí)間久,儲(chǔ)存方式不佳容易導(dǎo)致燃油各參數(shù)改變,需要定期進(jìn)行過濾或者更換。
3.2 噴油器檢查
噴油狀態(tài)可以通過噴油器霧化試驗(yàn)來檢查,噴油器如果霧化仍然很差,則可以拆卸噴油器用柴油機(jī)進(jìn)行清洗,并檢查噴油器針閥是否卡澀,噴油嘴是否堵塞。如果針閥卡住,則應(yīng)找出原因是柴油機(jī)溫度過高導(dǎo)致變形,如果是噴油嘴堵塞則要考慮燃燒不充分導(dǎo)致積碳堵塞噴油嘴。在柴油機(jī)溫度控制的過程中,需要對(duì)排氣溫度、運(yùn)行狀態(tài)等方面進(jìn)行綜合控制,這是柴油機(jī)排氣溫度高的常見原因。本次12V240ZD的排氣溫度高正是因?yàn)閲娪推黛F化較差,混合燃?xì)庠谂艧煿苤卸稳紵龑?dǎo)致。
3.3 噴油泵檢查
噴油泵的動(dòng)作是通過凸輪軸的滾輪帶動(dòng),噴油泵的柱塞副進(jìn)回油是通過齒條來調(diào)節(jié),可以通過調(diào)整噴油泵的調(diào)整墊片,來改變噴油提前角。提前角不宜過大也不宜過小,設(shè)定值一般是通過多次反復(fù)試驗(yàn)得出。檢查噴油泵柱塞副磨損情況,密封是否良好,磨損嚴(yán)重或者密封不佳都將導(dǎo)致燃燒質(zhì)量不佳,噴油泵柱塞一旦損壞則需要將整個(gè)柱塞副全部更換。如果是噴油泵出油閥副卡澀則根據(jù)情況進(jìn)行研磨或者直接更換。檢查噴油泵齒條,是否符合設(shè)定值,齒條的長(zhǎng)度將直接影響進(jìn)油量的大修,必要時(shí)應(yīng)該進(jìn)行調(diào)節(jié)。
檢查變速箱齒輪系若是出現(xiàn)問題,也會(huì)導(dǎo)致噴油角發(fā)生改變,噴油時(shí)間發(fā)生改變,最終導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有排氣溫度高的問題。齒輪系的檢查需要打開柴油機(jī)端部齒輪蓋板進(jìn)行檢查和測(cè)量。
3.4 進(jìn)、排氣門及氣門間隙檢查
進(jìn)氣門和排氣門損壞以及氣門太小會(huì)導(dǎo)致氣缸無法緊密關(guān)閉。進(jìn)氣門損壞,導(dǎo)致無法開啟或者開啟開度不夠,將直接導(dǎo)致壓縮空氣無法再壓縮沖程充分進(jìn)入到氣缸,燃?xì)鉄o法與空氣充分混合燃燒。排氣閥的氣門間隙過小也會(huì)導(dǎo)致排氣門提前打開,燃燒不充分,有二次燃燒的可能。
進(jìn)排氣門的檢查需要將氣缸頭吊出,檢查氣門的密封情況,用燃油泄漏試驗(yàn)或者著色探傷試驗(yàn),檢查閥門密封性。若是泄漏量較大則需要對(duì)閥門和閥座密封面進(jìn)行研磨。將進(jìn)排氣閥取出,測(cè)量閥桿的圓柱度,曲面度要滿足要求。
氣門間隙的檢查需要借助塞尺或百分表。根據(jù)柴油機(jī)的發(fā)火順序,盤動(dòng)曲軸,使對(duì)應(yīng)氣門處于未受力的自由狀態(tài),此時(shí)將百分表放置于氣閥上部的搖臂上方,上下推動(dòng)搖臂,此時(shí)的百分表讀數(shù)則為氣閥間隙值,12V240ZD的冷態(tài)間隙進(jìn)氣門為0.20~0.25mm,排氣門為0.80~0.85mm。若是間隙不滿足要求,則需要調(diào)節(jié)搖臂的調(diào)節(jié)螺釘,使氣閥間隙最終調(diào)整在要求范圍內(nèi)。通過對(duì)氣門狀態(tài)、氣閥間隙的管控來實(shí)現(xiàn)氣門的綜合控制,來滿足柴油機(jī)運(yùn)行進(jìn)氣的需求。
變速齒輪系異常,除了導(dǎo)致噴油角變化,也會(huì)導(dǎo)致閥氣門相位角的變化,因?yàn)檫M(jìn)排氣閥門也是通過變速齒輪與曲軸相連。進(jìn)排氣門相位角改變,除了導(dǎo)致進(jìn)排氣開關(guān)時(shí)間異常,嚴(yán)重時(shí)甚至可以導(dǎo)致氣門與活塞頂碰撞,損壞壞氣門??梢酝ㄟ^噴油器安裝孔用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查,若是發(fā)現(xiàn)碰撞痕跡,則需要立即排查其他缸是否存在共模故障。同時(shí)檢查凸輪軸滾輪和定時(shí)齒輪系是否損壞。齒輪系存在問題,導(dǎo)致氣門正時(shí)和燃油噴射提前角的變化,進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)排氣溫度升高,屬于柴油機(jī)的較大故障,需要立即處理。
3.5 進(jìn)氣道附屬設(shè)施的檢查
柴油機(jī)運(yùn)行時(shí),12V240ZD空氣的流通道為:進(jìn)氣消聲器→增壓器→空氣冷卻器→進(jìn)氣聯(lián)箱—進(jìn)氣閥-排氣閥→排氣管→渦輪則→大氣。每個(gè)組件的總載流面積是固定的,并且僅依次打開氣缸的進(jìn)排氣門。在長(zhǎng)期運(yùn)行中,所有被阻塞或弄臟的部分都將危害實(shí)際通風(fēng)效果,而更嚴(yán)重的部分將繼續(xù)引起喘振。進(jìn)氣濾器需要定期進(jìn)行清洗吹掃,各地區(qū)情況不一,環(huán)境污染較嚴(yán)重的地區(qū)則需要提高清洗的頻率,否則濾器堵塞后會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣不足??諝饫鋮s器需要進(jìn)行水壓試驗(yàn),檢查漏氣率,若是有異常則需要進(jìn)行堵管等工作。渦輪增壓器的檢查可以通過內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查,主要檢查積碳和葉片磨損情況,必要時(shí)要進(jìn)行積碳的清潔。
4? 結(jié)語(yǔ)
柴油的不完全燃燒將導(dǎo)致排氣系統(tǒng)溫度大幅升高。因此,在日常操作和管理方法中,有必要確保燃油狀態(tài)良好,噴油器霧化良好,噴油泵工作正常,進(jìn)排氣閥處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)改善渦輪增壓器的清潔度。如果環(huán)境污染嚴(yán)重,需要增加進(jìn)氣濾器的清潔頻率,保證柴油機(jī)的可靠運(yùn)行。
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