柴油发动机排气温度过高过低故障原因与分析排除

柴油发动机排气温度过高过低故障原因与分析排除

柴油发动机运行时，出现排气温度过高现象。柴油机工作时,燃料燃烧所产生的热量,只有约三分之一能够变成有用的功,而大部分热量不能被充分利用,这其中有一部分将传至柴油机机件,致使机件温度升高,而另一部分热量随排气管排出机外。如果排气温度过高，燃料产生的热量不能被充分利用，浪费资源。因此需要分析柴油机排气温度过高过低的原因，并找出其最终解决办法。从冷却水温度、进气吸气量及增压器、进排气门和气门间隙、喷油提前角等几方面分析了对主柴油机排气温度过高产生影响的几种原因，并给出了相应的解决办法。

柴油发动机排气温度过高过低故障原因分析

排气温度是了解燃烧情况的重要指标，排气温度过高直接导致柴油机热负荷增加，不仅使热应力增大，材料的机械性能下降，而且高温破坏了柴油机的润滑条件，致使柴油机磨损加剧，甚至还会使燃烧室周围零件损坏（如排气阀），最终可能会影响柴油机的平稳运转，缩短维护周期以及工作寿命。排气温度主要受到进气质量，燃油的质量，雾化的质量，柴油机的运转工况等的影响。正常情况下的每台柴油机排温在相同负荷时差别应不大，且有个极限值(一般的柴油发动机排气温度报警值为500℃左右)，

柴油机的排气温度为其运行的一个重要的参数，排气温度各缸普遍偏高或单缸排气温度偏高的原因较多，其主要原因有如下几项：

1、排气温度升高的原因

(1)排气阀泄漏：排气阀泄漏将造成压缩压力降低，由于空气供量减少致发火延迟长而产生后燃，并且在燃烧过程中产生漏气，使燃烧不完全的燃气进入排气管；

(2)喷油定时：喷油提前角太小而使喷油太迟，其喷入气缸的燃油来不及完全燃烧而产生后燃；

(3)排气定时：排气阀提前打开，气缸内还没有完金燃烧的燃气进入排气管产生后燃；

(4)喷油器雾化：喷油器雾化不好，使燃油在气缸内不能充分燃烧而产生在排气管中后燃；

(5)喷油器安装：喷油器在安装过程中垫片处置不当，垫片过厚，甚至原垫片没取出又加入新垫片造成过厚，使喷油器喷油位置不对；

(6)压缩压力：(i)由于气缸盖与气缸套之间的垫片过厚，造成气缸间隙容积增大而压缩压力降低，使发火延时产生后燃；(ii)压缩环磨损造成压缩压力降低，由于气缸内新鲜空气不足使发火延迟而使燃气后燃。

(7)增压机：增压机的轴承损坏，使其转速降低，过给气或扫气压力也同时降低；增压机空气滤网脏堵、压缩机叶轮、喷嘴环、废气叶轮以及压缩机叶轮积碳或脏堵，这些都会使增压机空气压力不足而使燃油不能充分燃烧；

(8)喷油阀故障可能造成二次喷射而产生后燃，使排温升高，或者表现为由于单缸功率下降，导致其它缸负荷增加；

(9)空气冷却器：(i)空气冷却器冷却水管侧积垢堵塞，使其热交换效果降低而使增压空气进机温度升高，使柴油机循环温度升高而最终导致排温升高；(ii)空气冷却器气侧堵塞使增压空气压力低，进入气缸的空气量不足，使燃油不能充分燃烧而产生后燃使排温升高。经验显示增压机和空气冷却器是影响柴油机排温升高的两项最重要因素，特别是强化高增压四冲程中速柴油机，对过给及扫气压力要求高，如果空气冷却器出现堵塞，轻则柴油发动机排温升高，重则柴油发动机在未加负荷时就已无法使用，导致机器停止。

气缸排气温度过高：各缸排气温度均增高时

(1)机器过负荷运转。

(2)喷油定时过迟、喷射不良使雾化不佳。

(3)喷油量过多，由于燃油泵齿杆胶着于最大量喷油位置。

(4)喷射至气缸内的燃油量过量。

(5)增压机排气侧及空气侧污染效率不佳，使供给扫气空气不足。

(6)排气背压过高。

(7)冷却水冷却效果差使空气冷却器污染或部份阻塞，使扫气温度升高。

(8)排气阀漏或压缩压力不足。

(9)燃油质量不佳且净油程度不够或加热不足造成燃烧延迟，后燃长。

(10)船体表面污脏造成机器阻力过大，负荷高。

(11)喷射系统故障，燃油阀漏或作动不良，喷油泵磨耗或吸入/出口阀等损坏。

柴油发动机进气质量

气缸的进气质量差，进入气缸的空气量不足，燃油燃烧时就没有足够的氧气与之化合，燃油不能完全燃烧便会造成排气温度过高。而进气质量变差的主要指标有两个，一是进气压力低，其主要原因有以下几点：

①增压器淤堵（包括滤网堵塞、压气机端或透平端积污），

②柴油机所在场所大气负压，

③机械方面的原因（活塞环泄漏、进排气阀泄漏或间隙不当或增压器故障）。

对于增压柴油机来说：空气进入柴油机之前要在压气机中被压缩，随着空气压力的上升，其温度也会升高，一般情况下增压器压气机出口温度高达180℃，而进入空冷器冷却后的温度仅为55℃左右，这就对空冷器的冷却效率和阻力系数要求较高，随着运行时间的增加，空冷器容易出现污染问题，即空气侧积灰，水冷侧结水垢，这些均会导致进气温度升高从而使排气温度也升高。如果是进气质量导致的排温过高，则可以通过检查机旁的通风情况，进气温度，进气压力，以及透平前后的压差来判断。

柴油发动机雾化质量

雾化质量不好会使燃油颗粒不够细，导致燃油不能与空气混合均匀，从而造成喷入气缸的燃油无法完全燃烧或滞燃致使排气温度升高，其主要受燃油喷射系统的影响（燃油质量也会影响雾化），高压油泵齿条脏污、油尺卡死在最大位置或超出最大位置使气缸处于多供油位置。喷油器使用一段时间后，喷油压力下降，喷油嘴针阀密封环带密封不良，针阀与喷嘴体的配合间隙太大，喷孔堵塞、针阀不能落座卡死在开启位置等都会使雾化质量变差。雾化质量的检查首先可以通过观察排气烟色来判断，正常情况下排气烟色应该为浅灰色或者接近无色透明，雾化质量不良时容易在排烟管内发生二次燃烧而导致排温过高，排气会冒黑烟，其次可以通过对喷油设备的拆检来判断。

柴油发动机运转工况

柴油机如果超负荷运转，则会造成过大的扭矩，致使排气温度过高，再者如果柴油机运动部件有阻力（如拉缸）也是导致排温过高故障发生的原因。

柴油燃油质量

燃油的好坏程度是由其特性指标决定的，当燃油的特性（如进机粘度和温度）不能满足柴油机的要求时，会发生燃烧恶化致使柴油机排气温度过高，柴油机燃油进机粘度一般要求在10-15cST（运动粘度）。

柴油发动机排气温度过高过低故障的查找

通过以上对排温过高的原因分析，首先想到去检查一下排气的烟色，发现冒黑烟的情况并不严重。随后又检查了透平压差、空冷器的温度（冷却水温和空气温度）、燃油温度等参数，除了增压压力略低以外其余均在正常范围之内，对能导致排温过高的原因进行逐一的排查。

测量爆压

柴油机的最大爆发压力和排气温度都是了解燃烧情况的重要指标，两者互有关联，爆压可以作为确认排气温度过高故障原因的参考，爆压的测量步骤如下

①如（图2）所示安装爆压表A前，用示功阀专用扳手打开示功阀B，然后，轻松开启1-2次后关闭示功阀（目的是为了吹掉内部污物以免造成爆压表损坏）

②将爆压表安装到示功阀接头C部位，并拧紧锁紧螺帽D将爆压表固紧在示功阀上

③关闭爆压表上的排气阀E，打开示功阀，记下爆压表上的压力读数如表2所示，爆压比正常略有偏高。

表2 爆压表上的压力读数

缸数	1 #	2 #	3 #	4 #	5 #
爆压（bar）	8.6	8.4	8.4	8.4	8.3

图2测量爆压示意图

柴油发动机运动部件的检查

盘车，发现运动部件并无卡阻等异常情况，而电机也没超负荷的情况，检查气阀间隙发现气阀上下启闭灵活无卡死现象，顶杆摇臂传动机构也正常，基本也可排除运动部件以及运转工况对排气温度的影响。

柴油发动机增压器的清洗

通过对进气压力的检查，发现比起柴油机说明书规范所对应的值略有降低，清洗了增压器透平滤网排除了机器处所大气负压的原因之后发现进气压力没有改善，为了保险起见，还是对增压器压气机进行清洗，增压器的清洗步骤如下：

①清洗前，要确认柴油机负荷在75%或以上。

②将专用清洗液倒入注射器A中（如图3所示）。

③将注射器接口与另一端连接在增压器进口的注入管相连。

④操作注射器使用其喷射清洗液。

⑤注入清洗液3-5分钟后，按上述步骤注入等量的淡水，清洗后要在该负荷状况下运转1小时以上。

图3增压器压气机清洗示意图

通过清洗了增压器，气缸排气温度有所降低，增压压力略有升高，说明压气机效率有回升，进气量增多，柴油机燃烧有所改善，但导致柴油机排气温度升高的根本原因并未找到。

燃油喷射系统的介绍及故障处理

因燃油的燃烧情况与燃油喷射系统有极大的关联，以下首先对燃油喷射系统，燃油喷射设备及燃油喷射规律进行简介，帮助我们分析排气温度过高的故障原因。

柴油机采用的是传统的柱塞泵式喷射系统，高压油泵由一个密封式的柱塞筒和稳压阀组成，并采用柱塞润滑方式，喷油器的进口管通过锻钢制成的燃油喷射体与高压油泵相连即所谓的泵-管-嘴系统，其系统简图如下（图4）

柴油机喷射系统简图

1-凸轮；2-滚轮；3-柱塞；4-出油阀；5-出油阀弹簧；6-高压油管；7-喷油器弹簧；8-喷油器；9-针阀；10-喷油孔

柴油机工作时，柱塞3由喷油泵凸轮1经滚轮2驱动上下往复运动。凸轮1固定在凸轮轴上，并通过由曲轴带动凸轮轴传动机构。凸轮按一定时刻顶动滚轮，从而保证了喷射定时要求。柱塞3上行其上端面封闭孔A时，泵腔中的燃油受到压缩，当油压升高到克服弹簧5的弹力和高压油管中的残余压力时，出油阀4开启，压力油泵入出油阀空间B，此为供油始点。高压燃油沿高压油管6传递至喷油器8端空间C，当其油压大于喷油器弹簧7的预紧力时针阀向上跳起，高压燃油经喷孔10喷入气缸。当柱塞3下部的斜槽边缘开启油孔A时，泵腔高压燃油经斜槽回油至进油空间，出油阀相继落座，此为供油终点。此后当空间C的油压低于弹簧7预紧力时，针阀落座，喷油结束。柱塞下行时泵腔内为充油过程。在这种系统中，每个柱塞元件对应一个气缸，小型多缸柴油机所用的柱塞数和气缸数相等且合为一体，构成组合式喷油泵；对小型单缸机和大型多缸机，常采用每个柱塞元件独立组成一个喷油器，称之为单体喷油器。

燃油喷射设备

（1）柴油发动机喷油器的结构及原理介绍

其主要部件有针阀偶件（针阀与针阀体）、调压装置及喷油器体。

图5 喷油器结构示意图

图6针阀偶件

针阀偶件（图6）是喷油器中的精密偶件，其内部有高压油腔、承压锥面、密封锥面、喷孔等，它由针阀和针阀体构成，一般采用耐磨性好，韧性好、疲劳强度高以及高温下有足够硬度的材料制成（本轮柴油发电机喷油器针阀偶件用优质轴承钢制造而成）其相互配合的滑动圆柱面间隙仅为0.02-0.04mm,，不同针阀偶件不可互换，配合间隙如果过大会造成喷油压力下降、喷雾质量变差。间隙过小又会使针阀易卡死。针阀中部的环形锥面（承压锥面）位于环形油腔中，作用是承受由油压产生的轴向推力，使针阀上升。针阀下端的锥面（密封锥面）与针阀体相配合，起密封喷油器内腔的作用，密封锥面的密封环带不宜太宽或太窄，通常以0.3mm-0.5mm为最佳。针阀上部有凸肩，当针阀关闭时，凸肩与喷油器体下端面的距离为针阀的最大升程，升程增大会使针阀落座时撞击增大，一般为0.4mm-0.5mm,针阀体与喷油器体的结合处有定位销防止针阀体转动，以免进油孔错位。

调压装置决定针阀的开启压力（喷油压力），它是由调压弹簧，调整螺栓，顶杆等构成，可通过调压螺栓改变喷油压力。

喷油器体的组成是进油管（带缝隙式滤清器）回油管接头、定位销等组成。当喷油器工作时，来自高压油泵的高压燃油经油管接头进入喷油器体上的进油道，再进入针阀体中部的环形油腔作用在针阀的承压锥面上，对针阀形成一个向上的轴向推力，此推力一旦大过喷油器调压弹簧的预紧力时，针阀立即上移，打开喷孔，高压燃油从喷孔中喷入气缸雾化，当喷油泵停止供油时，高压油道内的压力迅速下降，承压锥面上的推力不足以克服调压弹簧的预紧力时，针阀在调压弹簧的作用下及时复位，将喷孔关闭，停止喷油。

柴油发动机高压油泵的结构及原理介绍

柱塞偶件是由柱塞和套筒组成，其为一对精密偶件，经配对研磨后不能互换、要求有高的精度、光洁度和耐磨性，柱塞头部圆柱面上有斜槽，套筒上部有回油孔，因本轮采用的是终点调节式，柱塞头部上断面为平面，斜槽在下部，转动柱塞调节油量时，供油终点不变而始点变化。

调油机构包括调节齿条和调节齿圈，调节齿条有刻度线，指示喷油泵的供油量，每个缸喷油泵的调节齿条与油门拉杆相连接，通过调速器拉动油门拉杆带动齿条移动使齿圈转动从而拉动柱塞转动，让柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相对位置发生变化，改变了柱塞的有效行程实现对供油量的调节。

出油阀总成包括出油阀，阀座与出油阀弹簧，出油阀和出油阀座也是一对精密偶件。出油阀在喷油泵停止供油时，泵腔油压小于出油阀弹簧力与高压油管残余油压之和时被紧压在阀座上，防止燃油的回流，并保持高压油管一定的残余油压。当柱塞上行压油时，泵腔油压大于出油阀弹簧压力与高压油管残余油压之和后，出油阀离开阀座，打开高压油路。当柱塞开始回油时，泵腔压力迅速下降，出油阀下行落座，隔断高压油路，这样，出油阀的卸载容积使高压油管油压迅速降低，有助于消除高压油管剩余压力过高而引起的重复喷射现象。

图7高压油泵结构图

a-泵体 b-柱塞 c-柱塞偶件 d-挺柱总成 e-止脱销 f-弹簧承碟 g-弹簧座 h-弹簧 l-调节齿条 j-弹簧座 k-调节齿圈 m-安装螺栓 n-出油阀总成

柴油发动机高压油泵的工作原理

柱塞在套筒内由凸轮顶动上下往复运动，当柱塞位于凸轮基圆位置最低时，套筒上部的进油孔开启，燃油进入泵腔（图8a所示）。当柱塞上行关闭回油孔后，泵腔燃油受到压缩，油压迅速升高，推开出油阀，高压燃油经出油阀进入高压油管（图8b所示）。柱塞继续上行，当柱塞头部的斜槽打开回油孔时，柱塞上方的燃油经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，出油阀关闭，供油结束（图8所示）。

图8柱塞泵工作原理

燃油的雾化

在柴油机中，燃油在高压下喷入气缸，并分散成细细小油滴的过程称燃油的喷雾或雾化。其目的就是要大大增加燃油蒸发的表面积，从而加速燃油的吸热与气化过程，进而加速燃油与空气的混合。例如一台柴油机全负荷时的循环供油量为130mm³，如果形成1个油滴的话，油滴直径为3.14mm，表面积为124 mm²，如果将这么多燃油雾化成直径为24 μm的油滴，那么油滴个数将达到3.1×10⁷个，表面积为3900 mm²，增加约314倍，这就意味着燃油与空气的接触面积大大增加了，对混合气的形成和燃烧十分有利。

柴油发动机喷油器启阀压力的检查

启阀压力是喷油器开始喷射时的最低压力，对雾化质量影响很大，喷油器长期使用后，启阀压力可能因调节螺钉松动、弹簧折断或卡滞、顶杆与针阀磨损或卡滞等原因而变动,我轮发电柴油机喷油器正常启阀压力在27.4-29.4Mpa之间，其检查步骤如下：

图10喷射试验步骤

①清除喷嘴头部的积碳后，将喷油器安装在喷射试验装置上（如图10）。

②用试验用的高压软管连接喷油器和试验泵。

③快速的操作试验泵的杠杆数次，排除空气直到压力指针摆动并开始喷油。

④缓慢操作试验泵杠杆（大约每秒一次），检查压力读数。

柴油发动机密封性的检查

喷油器密封性检查包括针阀与针阀体柱面和针阀与阀座两处密封性检查。此项检查也是再喷油器实验装置上进行，按启阀压力检查的方法将喷油器置于喷油器试验装置上，试验时喷油油压控制在稍低或稍高于启阀压力，停止泵油后观察油压降落速度。我轮发电柴油机喷油器要求泵压至启阀压力在5S内压力降不大于5 MPa。若此速度大于规范时，说明针阀与针阀体圆柱面间隙大，因密封不良而产生漏油致使压降较快。在检查圆柱面面密封性的同时，亦可检查锥面的密封性，即在上述停止泵油时，若喷孔处只有轻度潮湿而无燃油滴漏为密封性良好。检查下来发现喷油器密封性良好。

柴油发动机日常维护管理建议

为了及时发现排除柴油机排温过高的故障，同时使柴油机能可靠运转，延长其工作寿命，提出以下几点建议：

①加强对柴油机运转情况及参数的检查，要经常巡视，但要注意温度表、压力表等仪表会出现显示不准的情况，所以不能太过于相信仪表读数并且要周期性的对仪表进行校检。

②保证燃油、滑油、冷却水的特性符合柴油机的要求，经常对燃油滑油滤器进行清洗，保证燃油得到合适的预处理（加温、净化，最好抛锚时也能保持循环分油）。

③经常对增压器透平滤网，压气端，空冷器等进行清洗。

④除了故障检修以外，也要按照说明书的要求对柴油机进行周期性的检查如测量发电柴油机的爆压、曲轴拐档差、喷油定时，对喷油器进行试验等。