黑烟、白烟、蓝烟

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柴油发动机不同排气烟色故障原因分析

柴油发动机在正常工作温度下，其排气烟色应该是无色或淡灰色。所谓无色不是完全无色，不能像汽油机那样无色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色。柴油发动机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速、高负荷时也可能重一些，要注意观察正常排气烟色，才能对非正常的排气烟色进行判断和分析。柴油发动机燃料完全燃烧后，正常颜色一般为淡灰色，负荷略重时为深灰色。柴油发动机在工作中，会经常出现冒烟现象，发动机排烟有黑烟、蓝烟、白烟和灰色四种，它们是判断柴油发动机故障的条件之一，具体分析如下。

一、柴油发动机排气冒黑烟

黑烟也称碳烟，柴油发动机排气冒黑烟主要是燃料混合气过浓、可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。柴油发动机在高温、高压燃烧条件下，局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，是燃烧室内燃料燃烧不完全的表现。由于柴油发动机是非均质燃烧，燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的，而且是随着时间而变化的，所以黑烟很可能是由许多不同途径生成的。柴油是复杂的碳氢化合物，喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解，形成炭黑，排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。黑烟是不完全燃烧产物，是烃燃烧在高温缺氧情况下的裂解过程释出并聚合而成的。某些情况下燃油喷射在燃烧室壁面上，形成液态油膜，油膜是最后蒸发的一部分，它的燃烧取决于其蒸发速度和燃料蒸气与氧的混合速度。如果周围气体中氧的浓度太低，或混合的速度不够时，从油膜蒸发的燃料气体将被分解，并产生未燃烃、不完全氧化产物和黑烟。通过实验观察，B.B Chakraborty和R.Long根据他们的研究和他人的资料，提出了黑烟形成机理。如下图所示：

开链烃→高温裂解脱氢→烯烃，主要是乙烯（CH2=CH2）→进一步裂解脱氢→炔烃，主要是乙炔（CH≡CH）→聚合脱氢→乙烯基乙炔（CH≡C-CH=CH2）或联乙炔（CH≡C-C≡CH）→进一步裂解脱氢、基团聚合→大于1000℃时，聚缩乙炔具有多个（-C=C-），它很不活泼，至此已经形成固体碳初核→经聚合→聚合物→环构化并进一步脱氢（大于1000℃高温时）→含氢的多环碳络合物或不溶性多环碳氢化合物→聚晶、扩大→六方晶格的碳晶体，这是碳烟的实体→表面吸附异物，本身附聚—→碳烟（黑烟）。

按照上述定性描述，柴油机燃烧过程中黑烟的生成可以概括为3个阶段——成核阶段、单粒阶段、单粒的燃烧消失或附聚成更大絮团。

影响其生成的主要原因为： １.活塞环、气缸套等的磨损。

气门、活塞环、气缸套磨损后，引起压缩压力不足以及机油上蹿燃烧室，使气缸在压缩行程结束时，混合气混合的正常比例改变，使燃油在无氧条件下燃烧，燃烧过程容易产生积炭，排出的废气形成大量黑色烟雾。

２.燃烧室形状改变。

燃烧室形状因制造质量及长期使用导致技术状况下降使压缩余缝过大、过小，以及活塞位置装错，都会使燃烧室形状和容积改变，从而影响燃油与空气混合质量，使燃油燃烧条件变坏。

３. 喷油器工作不良。

柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油临结束时，喷油压力下降，雾化质量差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4~5倍（体积约增大100倍）。这些油滴蒸发与燃烧的时间短，周围氧的浓度低，容易产生碳烟。喷油器不雾化、雾化不良或滴油，使燃料不能充分地与气

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缸内的空气混合，也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显，因为低速运转时气缸内进气涡流较弱，油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长，更容易形成碳黑排出。

４.供油量过大。

供油量过大，使进入汽缸内的油量增多，造成油多气少，燃油燃烧不完全。另外，工作负荷过重、燃油质量低劣、工作温度过低也会引起排气冒黑烟，供油系统应能保证供给充足干净的、有足够压力的燃油。应定期清洗油箱，清除油箱内的机械杂质、水分和胶状物，进行一级维护时，要将柴油滤清器清洗干净，视情部分更换滤芯，检查供油时间是否正确；视情校验喷油器或更换喷油器偶件，以保证喷油质量；视情况调试喷油泵，保证喷油泵能定时、定量地供给喷油器足够压力的柴油，而且供油开始至结束应迅速，以免喷油器产生滴漏现象。

柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别是在空间混合燃烧的柴油机中。由于高温气体包围着液态的油滴，造成了有利于裂解反应的条件，因此在燃烧初期产生了大量的碳粒，这一点已为燃烧过程的高速摄影所证实。柴油机在正常燃烧时，在排气门打开以前，燃烧初期所形成的大量碳粒可以基本烧完，排气基本上是无烟的。只是在某些不利工况下，碳粒不能及时燃烧反而团聚吸附，在气缸中和排气过程中形成更大的碳烟粒子或絮团，使排气冒黑烟。

５.供油提前角调整不当。

供油提前角过大，燃油过早喷入燃烧室内，由于此时气缸内压力温度较低，燃料不能着火燃烧，当活塞上行，气缸内达到一定压力和温度，可燃混合气燃烧。在直喷式柴油机中，当其他参数不变时，加大喷油提前角可以降低排气烟度。因为加大喷油提前角会使滞燃期加长，使着火前喷入气缸的油量增加，预混合量增加，预混合气增多，加快了燃烧速度，燃烧可较早结束，从而使主燃期的形成碳粒具有较高的温度和在高温下停留较多的时间，有利于碳粒氧化消失。然而过早的喷油增加了预混燃料量，使柴油机工作粗暴，燃烧噪音增大，并引起较大的机械负荷，以及较多的黑烟（COX）排放。

供油提前角过小，喷入汽缸内的燃油过迟，一部分燃料来不及形成可燃混合气就被分离或排出，致使部分在排气管中随废气排出的燃油料受高温分解、燃烧，形成黑烟随废气一同排出。

6.空气滤清器要清洁干净。

空气滤清器严重脏污，会增加发动机的进气阻力，使进气量减少、混合气变浓、柴油不能完全燃烧，造成排气管冒黑烟。

二、柴油发动机排气冒蓝烟

排气冒蓝烟，一般情况下是柴油发动机使用日久，慢慢开始烧机油引起的，随着蓝色烟雾的加重，烧机油越来越多，就应考虑维修柴油机了。有时燃油中混有水分，或有水分漏入燃烧室中，引起燃烧的改变，柴油机会冒浅蓝色烟。影响其生成的主要因素为：

１.空气滤清器阻塞，进气不畅或油盆内油面过高（油浴式空气滤清器），使进入汽缸内的气量减少，燃油混合气正常比例改变，造成油多气少燃油燃烧不完全，也会引起排气冒蓝烟。

２.油底壳内润滑油加入过多，柴油机运行中润滑油易窜入燃烧室。

３.长期低负荷（标定功率的40%以下）运转，活塞与缸套之间的间隙过大，使油底壳内润滑油容易窜入燃烧室，与气缸中的燃料混合气混合，改变混合气正常比例，燃烧不完全，引起排气冒蓝烟。

４.活塞环卡住或磨损过多，弹性不足，安装时活塞环倒角方向装反，使机油进入燃烧室，润滑油燃烧后产生蓝色水气烟雾排出。

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５.在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁，活塞、气缸套磨损以及活塞环对口等状况将致使润滑油上蹿燃烧室，并与燃油混合气一同燃烧。

三、柴油发动排气冒白烟

白烟是指排气烟色为白色，它与无色不同，白色是水蒸气的白色，表示排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。白烟呈液珠状态，和蓝烟相比较直径稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油机的白烟是未燃烃（含燃油和润滑油）、水蒸气以及不完全燃烧的中间产物（如含氧碳氢），除水蒸气外，它们也都属于微粒范畴。柴油机在刚起动时或冷机状态时，排气管冒白烟，是因为柴油机气缸内温度低，油气蒸发而形成，冬季尤为明显。柴油机在寒冷天气运行时，柴油机温度低，排气管温度也低，有水蒸气排气凝结成水气形成白色排烟，是正常现象。若当柴油机温度正常，排气管温度也正常时，仍然排出白色烟雾，说明柴油机工作不正常，可判断为柴油机故障。影响其生成的主要因素为：

１.气缸套有裂纹或气缸垫损坏，随着冷却水温度和压力的升高，冷却水进入气缸。排气时容易形成水雾或水蒸气。

２.喷油器雾化不良，喷油压力过低，有滴油现象。在气缸中燃油混合气不均匀，燃烧不完全，产生大量的未燃烃，排气时容易形成水雾或水蒸气。

３.供油提前角过小。活塞上行至气缸顶前喷入气缸的燃油过少，形成较稀的可燃混合气，过迟的喷油减少了预混燃料量，预混合量减少。预混合气减少，降低了燃烧速度，燃烧结束较晚，燃烧形成大量的水气烟雾。

４.燃油中有水份和空气。水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气，燃烧不完全，产生大量的未燃烃排出机外。

５.活塞、气缸套等磨损严重引起压缩力不足，造成燃烧不完全。

６.柴油机刚启动时，个别气缸内不燃烧（特别是冬天），未燃烧的燃油混合气随其他工作缸的废气排出形成水气烟雾。

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