柴油机排气温度高的原因及故障排除

沈 海

（海申机电总厂（象山），宁波 315718）

柴油机排气温度高是较为常见的故障之一，主要是燃油未在气缸中充分燃烧，并在排气管中二次燃烧造成的[1]。若发生此类故障，不但会影响柴油机日常运行的安全性与可靠性，还会降低其经济性，因此有必要全面分析并排除故障。文章以某船舶使用的TBD234V6型柴油机发生的排气温度高故障为例展开分析。

1 柴油机排气温度高的常见原因

1.1 燃油质量问题

燃油质量是导致柴油机排气温度过高的主要原因之一。通常情况下，燃油的型号、存放环境及存放时间等均会对燃油质量造成直接影响。若燃油质量较差，其流量与运动粘度均会降低，从而导致喷油器不良雾化、燃油燃烧恶化的现象，引发排气温度升高的问题[2]。例如：燃油中的杂质和颗粒物过多，会导致燃油的流动性变差，影响燃油的雾化效果，使得燃烧效率降低；燃油中含有过多的水分会导致燃油的油路系统堵塞，影响燃油的供应和喷射效果，从而降低柴油机的燃烧效率，导致排气温度升高；燃油滤清器的作用是过滤燃油中的杂质和颗粒物，如果燃油滤清器堵塞，会影响燃油的过滤效果，使得不洁净的燃油进入气缸，导致燃烧效率降低，排气温度升高。同时，如果柴油机和燃油不匹配，也将导致排气温度上升，对其正常运行造成影响。对此，可使用高质量的燃油、调整燃油黏度、定期清洗油箱和油路、定期更换燃油滤清器以及检查并调整喷油器前角等措施。通过这些措施的实施，可以有效改善柴油机的燃烧性能，降低排气温度。

1.2 供油、换气定时异常

供油定时异常指的是燃油喷射到柴油机汽缸内的时间与理想的喷油时间存在偏差，这种偏差可能由喷油泵调节不当、喷油器磨损或堵塞、燃油系统压力波动等造成[3]。当燃油在活塞尚未达到上止点前过早喷入汽缸时，会导致燃油与空气混合不充分，部分燃油在汽缸内未能及时燃烧。这些未燃烧的燃油在排气过程中会继续燃烧，导致排气温度升高。如果燃油在活塞接近或已过上止点后才喷入汽缸，燃烧将在活塞下行的膨胀过程中进行。这种情况下，由于汽缸内的压力和温度较低，燃油的燃烧速度和效率都会降低，从而导致排气温度升高。

换气定时异常指的是柴油机进气门、排气门的开启和关闭时间与理想的定时存在偏差，这种偏差可能由气门间隙调整不当、凸轮轴磨损、气门弹簧失效等造成[4]。进气门开启过早会导致进入汽缸的新鲜空气量不足，影响燃油充分燃烧，而开启过晚则会导致汽缸内的废气残留过多，同样会影响燃油的燃烧效率。这两种情况都会导致燃烧不完全，从而使得排气温度升高。排气门关闭过早会阻止废气完全排出汽缸，导致汽缸内残留废气过多，而关闭过晚则会导致新鲜空气在排气过程中被排出汽缸，减少汽缸内的有效空气量。这两种情况都会降低燃烧效率，造成排气温度升高的情况。通过采取定期检查和调整供油器前角和换气定时，保持扫气质量和进气系统的密封性良好，定期对增压器和空冷器进行检查和维护等措施，可以有效避免因供油、换气定时异常导致的柴油机过热问题。

1.3 增压器方面的原因

增压器是一种能够提高发动机进气压力的设备，主要通过压缩空气来增加发动机的进气量，从而提高燃料燃烧效率和发动机性能。根据工作原理，增压器可以分为机械增压器和涡轮增压器两种类型。通过增压，柴油机可以获得更高的功率和转矩，同时降低燃油消耗率。然而，增压器的工作会对柴油机的排气温度产生影响。当增压器工作时，它会将空气压缩并送入柴油机的汽缸内，这个过程会产生大量热量，使得排出的空气温度升高。如果增压器的工作效率过高，或者柴油机长时间处于高负荷运转状态，排气温度可能会超过正常范围，导致排气系统过热甚至损坏[5]。以TBD234V6 型柴油机为例，其为废气涡轮增压系统，空气由进气滤器进入增压器中被压缩，再由中间冷却器进行冷却，以此使气缸中的空气密度能够达标，保障供气量充足。一旦涡轮增压器发生故障，必然会造成进气量不足，燃油在喷入气缸后无法完全燃烧，最终引发排气温度升高的问题。对此，可以采用保持合适的负荷、做好透平和空冷器的维护工作、定期检查和更换机油、定期检查扫气系统、定期检查和更换增压器配件、合理调整供油和换气定时以及保持柴油机进气系统的密封性良好等措施，从而有效改善增压器的工作状态，降低柴油机的排气温度。

1.4 空冷器故障

空冷器是柴油机的重要部件，负责将空气冷却并供给柴油机。如果空冷器出现故障，可能会导致排气温度过高。如果空冷器的散热片被污垢、尘土等堵塞，散热效果会变差，导致进入柴油机的空气温度过高，从而使排气温度升高。同时，空冷器需要通过风扇来强制散热。如果风扇出现故障，如转速过慢或停转，将无法提供足够的散热风量，导致进入柴油机的空气温度过高，这也会使得排气温度升高。某些类型的空冷器设有控制阀，以调节进入柴油机的空气流量。如果控制阀出现故障，如调节失灵或完全关闭，将导致进入柴油机的空气流量不足，从而造成排气温度升高。对于空冷器故障导致的柴油机排气温度高的问题，可以采取清洗和检查空冷器、调整冷却水流量、检查自动调温阀、检查并调整气阀间隙、更换损坏的零件等措施，有效改善空冷器的工作状态，降低柴油机的排气温度。

2 案例分析

2.1 故障现象描述

柴油机的排气温度是其日常运行管理中的重点监测对象，能够直接体现柴油机缸内的实际负荷与燃烧质量，也是衡量柴油机热负荷大小的关键指标，更是分析柴油机性能的基本依据。柴油机的排气温度一旦出现过高的现象，将导致柴油机的经济性及安全性等受到极大的负面影响。

某船舶发电柴油机型号为TBD234V6，额定功率为186 kW，额定电流为238 A，额定电压为400 V，频率为50 Hz，转速为1 500 r·min-1，采用涡轮增压器，6 缸呈V 形排列。副机在使用5 000 h 左右时，其排气管出现声音异常的现象。检查后发现排气管温度过高，涡轮后排气温度最低单缸排温为540 ℃，最高单缸排温达到598 ℃，而该型号采油机的正常排气温度限定为500 ℃。柴油机排气温度统计，如表1 所示。

表1 柴油机排气温度统计

2.2 原因分析

柴油机正常燃烧是保障排气温度正常的关键，而要确保正常燃烧，首先必须保证燃油量充足，并确保在良好的雾化条件下能够充分与空气有效混合，在燃烧室中完全燃烧。任何一项条件达不到要求，都可能导致排气温度过高。结合导致柴油机排气温度过高的常见原因，分析案例中的故障问题。

2.2.1 燃油质量

燃油质量差会导致柴油机燃烧不充分，进而引起排气温度升高。因此，在使用柴油机时，应选用符合要求的高质量燃油，并定期清洗和维护燃油系统，以保证燃油的供给和燃烧效果。某船舶发电柴油机和主机使用的是同一供油系统，该船具有较强的自动化功能，其燃油粘度始终稳定在13 mm2·s-1左右，进机温度控制在130 ℃左右，能够充分保障雾化条件。燃油油样的检验检测结果显示，该船燃油完全满足相关标准与要求。检验燃油进机前的细滤器，未发现细滤器出现旁通问题，滤芯不存在任何损坏。由此可知，可以完全排除因燃油质量导致的柴油机排气温度过高的问题。

2.2.2 供油定时与换气定时

由于供油定时滞后与换气定时提前均会引起柴油机排气温度升高，为充分了解某船舶柴油机排气温度过高的原因，有必要检测其供油定时与换气定时。TBD234V6 型柴油机的进排气与喷油定时无法进行单缸调整，必须对进排气凸轮轴及高压油泵凸轮轴作总调处理。通过检测传动齿轮中的定位标记，发现并未出现定时异常。测量各缸高压油泵的升程，结果显示和出厂记录并无差异。在高压油泵漏泄油管进行拆检，并未发现漏油现象。同时，在进排气顶杆、凸轮以及喷油凸轮的检查中也未发现明显问题。综上所述，此次排气温度过高故障与供油、换气定时无关。

2.2.3 空冷器

若空冷器的空气侧出现堵塞情况，将会增大阻力，降低进气总管中的空气压力，导致进气量大幅减少，从而引发柴油机排气温度过高的现象。此外，若淡水冷却效果差或空冷器的空气进出口出现旁通现象，都将提升进气总管的空气温度，降低空气密度，进而引发排气温度过高故障。为此，充分拆洗某船舶发电柴油机的空冷器，对比拆洗前后的进气温度与压力变化，结果显示并无差异，且排气温度也未发生任何变化。由此可知，空冷器堵塞或者空气旁通并非导致柴油机排气温度过高的根本原因。

2.2.4 废气涡轮增压器

废气涡轮增压器是引发柴油机整机排气温度过高的重要因素之一，其压气机叶轮、空气滤网、工作叶轮、喷嘴环等一旦发生污染或损坏，都会降低增压器效率及增压压力，从而导致柴油机出现排气温度过高故障。对某船舶发电柴油机的增压器进行拆检后发现，其喷嘴环的导向叶片根部出现冲蚀磨损的现象，除此之外无任何异常，如图1 所示。由此可以得知，喷嘴环损坏极有可能是导致排气温度过高的主要原因。

图1 冲蚀损坏的喷嘴环

2.3 故障排除

分析以上故障原因可知，某船舶发电柴油机排气温度过高很有可能是喷嘴环损坏引起的。为进一步排除故障，换掉原本损坏的喷嘴环后排气温度恢复到正常值，更换前后柴油机排气温度统计，如表2 所示。

表2 喷嘴环更换前后柴油机排气温度统计

表2 中数据可以明确，喷嘴环损坏是导致某船舶发电柴油机排气温度过高的主要原因。由于喷嘴环的叶片出现冲蚀磨损，扩大了喷嘴环流通面积，降低了排气流速和增压器的效率，最终引发了排气温度升高的故障。

3 结语

导致柴油机排气温度高的因素较为复杂，相关人员要根据其具体运行情况进行综合排查，准确找出故障根源，从而采取相应的处理措施。本研究通过故障现象的描述，从TBD234V6 型柴油机温度高的常见原因着手，有效减少了故障排除程序，避免因为盲目拆卸而出现二次故障。通过仔细排查，找出故障点并进行排除。由此可见，结合柴油机日常使用过程中的相关参数与结构特征逐一分析和排除，是解决柴油机排气温度高问题的有效途径。