某型柴油机排气冒黑烟故障研究

卫 静，俞伟强，赵晓明

（武警海警学院，浙江 宁波 315801）

引言

柴油机是燃烧柴油产生热能再把热能转化成动能的机器，在燃烧过程中会因为其工况不同排烟出现不同的颜色，例如白色、蓝色、黑色等。其中冒黑烟是比较常见的故障现象。

柴油机排气冒黑烟的直接原因是柴油在气缸内燃烧不全，未完全燃烧的颗粒随着排气排出[1]。柴油燃烧是否完全取决于几个方面:一是柴油跟空气混合是否充分，主要跟柴油的雾化和进气压力有关。二是柴油跟空气混合的比例是否合适。三是柴油和空气混合的环境温度情况。因此柴油是否能完全燃烧取决于柴油机供油系统、进气系统及气缸的密封性。

1 MTU12V183TE92型柴油机排气冒黑烟原因分析

MTU12V183TE92柴油发动机是以德国梅赛德斯——奔驰（MERCEDES——BENZ）的OM400型卡车发动机为基本机体开发而成的，该系列柴油机性能可靠、体积小、功率大，被广泛应用于各种船舶。

1.1 供油系统排气冒黑烟原因

如图1所示，燃油在经过滤器后，由高压油泵增加燃油的压力，然后通过高压油管供给到喷油器，喷油器负责把燃油以雾化状态喷射到气缸内，并与空气进行混合。在供油系统的这几个部件中，只要有一个部件出现了故障，柴油便不能与空气进行很好的混合，导致燃油燃烧不良而出现排气冒黑烟的现象。因此，供油系统中有可能导致黑烟故障的三个部件为：高压油泵、高压油管、喷油器。

图1 MTU12V183TE92型供油系统组成

MTU12V183TE92型柴油机的高压油泵属于P型泵，德国博世的产品，在结构上分为：泵体、泵油系统、油量控制机构、驱动机构。其中泵油系统中的柱塞偶件和出油阀是决定高压油泵泵油压力的元件，这两个元件如果出现磨损就会导致喷油压力下降，使得喷入气缸的燃油雾化质量变差，影响燃烧，从而导致排气冒黑烟。

该型号柴油机的高压油管是双层壁结构，当内壁破裂的时候，柴油会泄漏到内壁和外壁中间的空间，导致燃油泄漏和压力不足，进而造成排气黑烟[2]。

喷油器的结构是由喷油器体、针阀偶件、调压装置几个部分组成，决定柴油雾化程度的是针阀偶件和调压装置，所以这两个元件出了问题，就会导致黑烟的情况。

1.2 供气系统排气冒黑烟原因

MTU12V183TE92型柴油机的进气系统组成如图2所示。

图2 MTU12V183TE92型柴油机的进气系统组成

由图2可知，空气在进入气缸内首先需要经过空气滤清器，然后通过压气机（废气涡轮增压器）给空气增加压力和密度，经中冷器的冷却后通过一系列的管道进入气缸内。当柴油机的空气滤清器脏堵、中冷器脏堵、压气机故障、压气机后的管道泄漏等其中一项情况出现，会造成进入气缸内的空气不足，进而导致黑烟故障现象。可能导致进气系统中排气冒黑烟的原因有空气滤清器故障、中冷器故障、废气涡轮增压器故障、进气管故障。

进气系统各个单元在协同工作下需要保证足量的具有一定压力的新鲜空气进入气缸内，因此在空气进入气缸前，应尽量减小进气阻力，还有合适的冷却和足够的压力。空气滤器的作用是过滤空气中的杂质，保证进入气缸的空气的清洁度，对进气阻力有一定的影响。中冷器是冷却增压后的空气，降低空气温度，增加进气的密度，同时也保证进气的压力不影响机器正常运行。废气涡轮增压器是给增压空气提供动力的装置[3]。这几个进气系统的部件任何一个出现故障都可能导致排气冒黑烟。

1.3 气缸排气冒黑烟原因

柴油机是属于压缩发火的内燃机，活塞压缩进入气缸内的空气后，空气压力和温度都会提高，由于柴油机压缩比比较高，气缸内压力在被压缩后能达到20 bar以上，并且温度达到600℃以上。所以，在其他系统正常的情况下，气缸内密封性变差的话会造成压缩压力不足，缸内空气的压力和温度都下降，导致燃烧不良，进而造成排气冒黑烟。影响气缸密封的主要有：缸套磨损、活塞环间隙过大、进排气阀密封不严等等。因此，与有可能导致气缸黑烟故障的零部件有气缸套、活塞环、进排气阀。

气缸套内壁充满布油网，机油在网线内起着润滑和密封的作用，一旦这些网纹被磨损，就会出现密封失效的情况，导致压缩压力不足引起排气冒黑烟等故障。

活塞环分为两道气环一道油环，活塞环在环槽中是有一定的间隙的，在活塞往复的运动中不可避免地会出现磨损的情况，这样也会逐渐使密封效果下降，影响压缩压力。

进排气阀的密封是依靠着气阀的阀面和阀座贴合来密封的，柴油机运行一段时间之后出现积炭的情况，如果积炭正好在气阀关闭的时候出现在阀面和阀座的贴合面就会使气阀产生磨损，严重会使气阀出现小坑，影响整个气缸的密封性，引起排气冒黑烟。

2 MTU12V183TE92型柴油机黑烟故障的排查

柴油机故障排查的原则一般是由简到难，由外而内，根据每种机型的设计情况和容易出故障的部件以及柴油机最近一次保养后所使用的时间等方面来着手综合分析和判断故障。

在MTU12V183TE92型柴油机出现黑烟的故障时，首先检查外部可以用肉眼观察到的故障，比如空气滤器是否脏堵或者高压油管是否泄漏，进气管路是否泄漏，如果空气滤器脏堵或者高压油管泄漏以及进气管路泄漏，那么对这些部件进行更换后再观察是否还有黑烟的情况出现。

如果黑烟依然出现，那么再根据该柴油机最近一次做W4等级保养的时间，以及最近一次做W5等级和W6等级保养的时间，来确定柴油机是否超出应有的保养规定时间运行进而推测相关机件的磨损情况。该型号柴油机出现排气冒黑烟的情况最常见的原因是喷油器的柱塞偶件异常磨损，所以接下来是排查供油系统中的喷油器是否正常工作，喷油器的排查就是拆卸后用喷油器校验台检查其雾化效果、喷油压力以及是否存在滴油情况。如果喷油器拆检不合格，则更换新柱塞偶件或者出油阀，重新调整喷油压力[4]。

在拆卸喷油器后可以在喷油器安装孔安装气缸压缩压力检测器接头，并电动盘车检查气缸内的密封性。如果在允许范围内，那么说明气缸内密封性正常。

接下来是排查进气系统中的中冷器是否脏堵，在拆卸中冷器后分解中冷器，检查脏堵情况，可以用强光手电观察气道内部的脏堵情况，如果脏堵，则进行必要的清洗。

最后是排查供油系统中的高压油泵，高压油泵的检查需要在拆卸高压油泵后拿到博世燃油售后服务商的试验台上检测每缸的供油量、每缸的供油压力等参数。检测供油压力不合格，则更换相关缸的高压油泵柱塞偶件。检测供油油量不合格，则对不合格的缸进行校对。

在排查故障的时候一定要非常细心，循序渐进，由易到难，以尽量少拆为前提，彻底排查故障。

3 MTU12V183TE92型柴油机黑烟故障预防

3.1 供油系统

供油系统中的问题，基本上是因为喷油器和高压油泵内部的柱塞偶件磨损，而这些磨损的原因除了是因为机件本身的磨损外还有柴油里杂质的影响，所以供给干净的柴油会延长喷油器和高压油泵的使用寿命。

3.2 进气系统

进气系统的问题主要出在空气滤器和中冷器，中冷器脏堵的原因主要有：进气不清洁，而是油气吸出装置中携带滑油；进气阻力大造成增压器压气端密封不良而机油漏出。所以该机型的油气吸出装置在运行一段时间后要定期清洗。而空气滤器在脏堵之后必须更换。

3.3 气缸

气缸内的密封性跟缸套活塞环及气阀有关，在柴油机正常运行下，缸套和活塞环都会有一定程度的磨损，而这磨损的程度又跟滑油有关，所以应该定期更换滑油。