柴油发电机冒黑烟的原因与排除方法

摘要：康明斯公司在本文中针对6BT5.9康明斯柴油机的冒黑烟故障，阐述了柴油机冒黑烟的机理，分析了故障原因。按照“由表至里，从简到繁”的诊断原则，排查出喷油器喷油压力过低导致排气冒黑烟，同时最后给出了减少柴油机冒黑烟故障的建议。

一、冒黑烟故障现象

康明斯公司是当今世界设计、生产和销售柴油发动机的较大企业之一。目前康明斯柴油机共有A、B、C、L、N、K等六个系列，其中B系列柴油机以其可靠的稳定性、良好的经济性和动力性，广泛地用做发电机组的动力系统。

柴油机排放的黑烟主要以炭黑颗粒为主，属粉尘颗粒物。柴油发电机组在正常使用过程中如突遇负载增加，比如用电负荷的某台设备启动时，发动机功率需要瞬间提升，以保证工作装置在对物体进行剥离时拥有足够强大的动力。而在此时冒黑烟的情况极易出现。

如果设备未经调试，直接上高原地区进行作业，发动机冒黑烟的情况更易出现。由于高原空气稀薄，氧气含量低，导致燃油与空气混合不充分，柴油燃烧不彻 底，产生大量炭黑颗粒物，从而导致黑烟的产生。

本文以某深圳工地用柴油发电机组采用6BT5.9康明斯柴油机为例，该台设备刚启动时，排气管黑烟滚滚，在柴油机正常运转后，还继续冒黑烟，甚至还愈加明显。期间还有“放炮”现象，另外还伴随有燃油消耗增加、发动机动力性下降等情况。

图1  柴油发电机冒黑烟现象

二、冒黑烟故障机理与分析

该柴油机是带废气涡轮的增压型柴油机，在刚启动时冒黑烟，有可能是增压器缺少排气能量驱动，造成气缸内新鲜空气严重缺少，燃气比不符合要求所致。但是，机组运转正常后仍冒黑烟，则说明机器必然出现了故障。

柴油机燃烧所用的柴油是一种包含多种碳氢化合物的混合物。在实际工作过程中，柴油机排气颜色受到气缸内氧气浓度、燃烧温度、柴油质量、油气混合比重等诸多因素影响。这些因素较终导致燃油的燃烧出现完全燃烧与不完全燃烧两种情况。在燃油完全燃烧时，其过程见公式（1)，燃烧产物只有二氧化碳和水蒸汽，排气颜色为无色或淡灰色，如图1a。但在燃油不完全燃烧时，还有一部分柴油在高温、极度缺氧环境中易分解、聚合形成炭烟，如公式（2)，这些碳烟排出气缸，就会出现冒黑烟现象。

C_mH_n+O₂→CO₂+H₂O..................（公式1）

C_mH_n+O₂→CO₂+H₂O+C+CO+C_xH_y..................（公式2）

三、冒黑烟故障的诊断

柴油机冒黑烟，主要是因为燃烧不完全，或者是进气不足，或者就是供油过多。因此其故障可归纳为以下两类：一是气路故障，一是油路故障。

1、气路故障

（1）进气系统漏气如果进气管损坏，或者连接软管开裂，或是紧固长箍松脱都会使进气泄露，进入气缸的空气量减少，柴油燃烧不完全会使排气冒黑烟。

（2）空气滤清器堵塞康明斯B系列柴油机空气滤清器采用二级干式空气滤清器（带安全滤芯)。滤清器长时间工作后，滤芯上不可避免堆积大量灰尘杂质，阻碍空气流通，同时金属板网上的机油也会出现老化板结，堵塞网眼，也会造成进气阻力增大，较终使得气缸内新鲜空气量不足。

2、油路故障

（1）柴油牌号不对十六烷值过高的柴油在高温下会裂解出游离碳，使得柴油不能及时得到充分的燃烧，造成排气冒黑烟。

（2）供油时间不准供油过早，缸内温度压力低，部分燃油燃烧不完全形成炭粒，随排气排出排气管，使得排气呈黑色；供油过迟，部分柴油会在排气管中燃烧，燃烧同样不完全冒黑烟。

（3）燃油雾化不良若喷油器喷油压力过低，或针阀偶件磨损等，都会使喷油器雾化不良，柴油和空气无法充分混合，引起排气冒黑烟。

（4）燃油回油油路受阻因油管的变形，或杂质堵塞都会使回油油路受阻，回油不通畅，影响喷油器的喷射性能，出现二次喷射或者滴油现象，使得排气冒黑烟。

四、冒黑烟故障的排除

按照“由表至里，从简到繁”的故障诊断原则，逐项排查[1]。

1、检查进气系统的密封

经检查发现进气管和连接软管完好，紧固长箍并无松脱，进气系统密封良好。

2、检查和清洗空气滤清器

使用不超过689 kPa的压缩空气从滤芯里面向外吹，清洗完后检查滤芯完好，装回柴油机，启动发现依旧冒黑烟。

3、检查柴油

因该柴油发电机组并非独立油箱供油，而是和其他多台机组一起由一外置大油柜统一供油，其他机组运行正常，说明柴油没有问题。

4、检查和调整供油提前角

由于柴油机长时间运行，喷油泵联轴器上主动凸轮盘和主动凸缘盘上的锁紧螺钉会发生松动，使得供油提前角发生变化。但是，6BT5.9康明斯柴油机没有联轴器，而是由定时齿轮直接控制所以一般不调整供油提前角。

5、检查回油油路

更换新的回油油管，但是故障依然存在。

6、检查喷油器的质量

拆卸各缸的喷油器进行逐一检查，并在喷油器试验仪上进行调试校验，结果发现，第1、2、3、5、6缸的喷油器喷射压力均能达到技术规范（24.5～25.3 MPa)，且雾化良好，但是第4缸的喷油压力只有12.0 MPa，如图所示，明显低于标准值。6BT5.9康明斯柴油机所用的是一种低惯量孔式喷油器（如图5)，其喷油压力的调整，由改变气调整垫片的厚度来实现。选用更厚点的垫片放入4缸喷油器后使得喷油压力恢复了正常，且雾化良好。把所有校验好的喷油器装回机器，开机运行，发现柴油机排气恢复正常，故障被排除。

五、小结

排气冒黑烟是柴油机常见的故障之一，为了减少此类故障的发生率，提高机组运行的可靠性，作为操作人员应该做到以下几点：

（1）定期检查更换空气滤清器滤芯，确保充分的空气进入柴油机气缸。

（2）在机组运行过程中，经常检查柴油机的技术参数，做到勤看、勤嗅、勤摸、勤听。

（3）遇到柴油机的冒黑烟的故障时，要耐心分析故障原因，仔细按照“由表至里，从简到繁”的原则，逐项排查。