船用柴油机排气高温原因分析及解决方法

第37卷第8期2016年8月

中国水运

ZhongGuoShuiYun

Vol.37No.8

Aug.2016

柴油机排气温度异常，归根到底就是燃烧质量不好，燃油在燃烧室燃烧过程没有按照设计的要求进行。柴油机正常燃烧过程是及时（在上止点前后发火并燃烧完毕，通常以毫秒单位度量）、完全、平稳（燃烧过程柔和并无敲缸现象，要求燃油在燃烧前必须经历燃油喷射、雾化、蒸发并与空气充分混合，还要求压缩空气到达一定的温度）和空气利用率高。基于柴油机良好燃烧过程的要求，我们来剖析引起排气温度高的一些原因。

1柴油机排气高温原因分析

引起柴油机排气高温的原因主要有换气质量差、燃油系统故障等。

1.1柴油机换气质量差会引起的排气高温

柴油机换气质量的好坏对柴油机的燃烧过程有着很大的影响，与排烟温度也就是热负荷的大小有直接关系，这是我们轮机管理人员的共识。在一些船上，由于忽视了对柴油机换气系统必要的保养，使换气质量变坏，导致柴油机过量空气系数α减小（不同柴油机燃烧过量空气系数有所不同，增压二冲程柴油机α=1.9～2.3；增压四冲程柴油机α=1.7～2.1），燃烧恶化，排烟温度升高，热负荷增加，可靠性下降。空气量不足导致换气质量差主要有以下几个原因。

（1）气缸密封状态差导致空气量不足。每一型号柴油机都有一个固定压缩比，即气体被压缩前后气缸的容积比。一般四冲程柴油机进入气缸的气体被压缩终了时压力可达到3.7-4.2Mpa（也是我们常说的柴油机压缩压力）、温度将上升到550-600℃，瞬间可点燃被喷进气缸的燃油。如果气缸密封状态差，压缩压力就会变小而导致压缩终点温度变低，就

会使燃烧变迟而产生后燃。气阀间隙调整不当；气阀卡阻；

气阀漏气（尤其是排气阀因烧蚀而漏气）；活塞环因磨损严

重或断裂而造成漏气等都会引起气缸密封变差的因素。

（2）扫气压力不足导致气缸进气量不足。二冲程柴油机

对扫气压力的要求是非常高的，管理过二冲程柴油机的轮机

员都经常遇到这样情况，就是当主机由机动航行逐步加速到

定速航行过程，开始时扫气压力是由辅助风机提供的，随着

增压器效率的逐步提高，当扫气压力上升到一定值时辅助风

机会自动停止，辅助风机自动停止的短时间内，各缸的排气

温度和排气总管温度上升的非常快。我们通常的做法是加速

速率快一点，让废气涡轮增压器效率尽快提高，增加扫气压

力，随着扫气压力的提高各缸的排气温度和排气总管的温度

会明显下降。这是非常典型的因扫气压力不足而导致的排温

升高的例子。增压四冲程柴油机换气过程也存在扫气过程，

在进气阶段之初利用进、排气阀重叠角实现燃烧室扫气。同

样，扫气压力越大换气越彻底。

扫气压力不足的主要原因：增压器轴承损伤；柴油机长

时间低负荷运行，增压器效率低；扫气系统有漏泄等。判断

气缸内空气量是否充足，最直观是看示功图。气缸进气量不

足测取的示功图和正常示功图比较有如下特点：最高燃烧压

力P Z和压缩压力P C都降低；膨胀线与压缩线均降低；示功图面积减小，指示功率降低，排气温度升高。如果不能测取示

功图的中高速柴油机，就用爆压表测取压缩压力和爆发压

力、检查油门刻度和排烟温度，与正常值比较一下也会非常

直观判断是否正常。

船用柴油机排气高温原因分析及解决方法

刘友

（神华黄骅港务有限责任公司，河北黄骅061113）

摘要：船舶轮机员在工作中或多或少都遇到过柴油机排气温度非正常升高的问题，引起此问题的原因非常

多，分析起来也较为繁琐。本文通过作者20年工作中总结的经验，对柴油机排气高温原因进行了分析，并

列出了解决排气高温问题的方法。

关键词：柴油机；排气高温；原因分析；解决方法

中图分类号:U664.121文献标识码：A文章编号：1006—7973（2016）08-0050-02 DOI编码：10.13646/ki.42-1395/u.2016.08.018

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刘友：船用柴油机排气高温原因分析及解决方法

（3）扫气温度高导致进气量不足。为了保证进入柴油机气缸的空气量与喷入气缸的燃油有一个合适的比例，现代柴油机都采用增压系统。一般情况下，额定转速情况下增压器压气端出来的空气为80-200℃，这就要求对被增压器压缩的空气进行冷却来增加空气密度，以满足良好的燃烧条件。一般要求冷却后进机前的空气温度在42-45℃。通常情况下，柴油机进气温度升高1℃，排气温度升高3℃。引起扫气温度升高的主要因素：因空冷器脏堵或水泵效率下降而造成冷却能力下降；因水温升高而没有调节调温阀，或自动调温阀故障；扫气箱着火等。

1.2燃油系统故障导致排温升高

燃油系统发生故障而导致后燃严重，造成排温升高的因素有：喷油提前角太小；喷油器油嘴雾化不好或喷射终点有滴漏；使用劣质燃油会导致所有缸排温和排气总管温度上升；各缸油门不均，油门大的因超负荷而导致排温上升；高压油泵出油阀故障；高压油泵柱塞偶件因磨损严重而不能及时打开喷油器等。

高压油泵出油阀一般都带有回油止回阀（钢珠加弹簧），止回压力一般在1.0Mpa左右，它的作用是防汽蚀和保证准时供油，这个止回阀密封不严的话会导致油嘴针阀偶件气蚀、柴油机启动困难和后燃现象等。

判断柱塞偶件是否过度磨损的方法有很多，有条件情况下最好到专业厂家检查，但大多数船舶是没有这个条件的。个人认为在船上判断偶件密封好坏比较简单方法有：①无论是组合泵还是单体泵，平时用着时候没发现有什么异常，但保养完喷油器将其压力调到正常值时，启动柴油机变得比较困难时，很可能是高压油泵偶件出现问题了；②判断单体泵偶件密封好坏时，启动柴油机让其怠速运转，适当加大单缸供油量，当你能够听到清脆的燃烧敲缸声音证明此高压油泵偶件密封是好的；③用轻油启动柴油机困难，轻重混合或重油直接启动反而容易，一定是高压油泵柱塞偶件出现问题了。

2柴油机排气高温的危害

柴油机排气温度高有很多危害，主要表现在高温腐蚀、气阀裂纹或碎裂等方面。管理方若不足够重视，会给船舶航行安全带来重大影响。船舶机械的运行环境要比陆地上的机械苛刻，若不保养好机器，特别是在遇到极端条件下时，就会出现难以挽回的重大灾难。

2.1高温腐蚀

目前在航运市场上普遍使用的劣质燃油中含有大量钒、钠和硫等元素。在燃烧过程中．硫、钒和钠等元素形成氧化硫、五氧化二钒和氧化钠等（这些氧化物的化学成份取决于过量氧气和燃烧温度）。氧化物之间要发生反应，而且还要与滑油中的钙反应，形成低熔点的盐类，有硫酸钠，硫酸钙和不同成份的钒酸钠等。这些盐类混合物熔点一般为535°C 左右，同时具有较强的腐蚀性。当零件温度在550°C以上

时，足以使钒、钠化台物处于熔化状态，附着于零件表面。

当排气阀在工作中时，由于排气高温（气阀温度可达650-800°C以上），使它以液态形成沉积在阀盘及阀座以及阀杆与阀面的过渡表面上。这时即使是非常耐腐蚀的硬质合金钢也

会受到腐蚀，腐蚀结果在密封锥面上形成麻点、凹坑．凹坑

相连就可能造成漏气。

2.2气阀裂纹或碎裂

气阀是在温度循环变化条件下工作，难免会产生疲劳即

热疲劳。尤其排气阀如长期在排气温度过高的条件下工作，

会降低材料的热疲劳抗力，后果是阀盘边缘或阀盘根部容易

产生裂纹或碎裂继而造成机损事故。

3解决柴油机排气高温的方法

根据上面对柴油机排气高温的原因分析，解决柴油机排

气高温有以下几种方法：

3.1确保柴油机换气质量良好

（1）保证燃烧室密封良好。工作人员应定期按照说明书

要求对气阀间隙进行调整；定期按照说明书要求检查气阀和

气阀导管之间的间隙；定期对旋阀器、气阀进行检查；定期

对活塞、活塞环进行检查。

（2）保证扫气质量。工作人员应定期对增压器进行拆

检、清洗；避免柴油机长时间低负荷运行；保证柴油机进气

系统密封性良好，无漏气现象；定期对空冷器进行清洗，对

自动调温阀进行拆检，确保处于良好工作状态。

3.2确保燃油系统工作良好

燃油系统是输送燃油供柴油机运行的系统。燃油系统对

保证柴油机正常运行尤为重要。因此应正确的对燃油系统进

行保养对，柴油机稳定可靠的运行至关重要。工作人员应定

期检查喷油提前角，确保满足说明书要求；定期对喷油器进

行雾化试验；定期对各缸供油量进行检查；定期对高压油

泵、喷油器、出油阀进行拆检。

4结论与建议

随着柴油机单缸功率的提高，增压器增压压力越来也

高，这对增压器管理就提出了更高的要求。然而，传统上工

作人员对“油”的管理较为重视，如比较重视对高压油泵、

喷油器等的维护保养；而对“气”的管理还不够重视，如在

增压器、空冷器、进排气道清洁程度，特别是增压器的管理

上还较为疏忽。大部分轮机管理人员都认为增压器比较神秘

而不敢动，越不敢拆开检查清洁，增压器就越容易犯病。个

人认为只要认真阅读增压器对应的说明书，严格按照说明书

的要求及步骤去拆装就不会有问题。关键是要注意说明书所

要求的几个间隙值，一定要测量准确，装配螺栓时按照说明

书要求的扭力值，做到这些就不会有问题了。

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