船用中速四冲程柴油机冒黑烟问题分析及对策

摘要：针对船用中速四冲程柴油机冒黑烟的现象，从机械故障和应用工况角度分析了具体原因；提出了日常维护对解决冒黑烟问题的重要性，同时指出了可以采用一些特殊适应性设计来解决不同使用工况下的冒黑烟现象。

关键词：中速四冲程；冒黑烟；油门限定；增压器效率

柴油机作为船舶动力核心部件，现阶段仍广泛应用于船舶推进、发电和为设备提供能源。在正常工作条件下，柴油机运行平稳，正常排烟为无色或淡灰色。而柴油机冒黑烟现象多发生在作为推进主机使用时，尤其是配定距浆时。冒黑烟本质是燃油燃烧不良，具体原因则有很多，本文主要针对船用中速四冲程柴油机，具体分析造成冒黑烟的原因及解决对策。

1故障原因分析

1.1进气系统

由于增压器进气滤网或空冷器脏污，导致进气不畅，使进入气缸新鲜空气减少，从而造成燃烧不良而冒黑烟。

1.2排气系统

通常柴油机制造厂，都会针对柴油机的排气背压提出一定要求，并给出推荐的排气系统布置，主要是考虑排气不畅会引起冒黑烟现象，同时也会造成油耗和排温升高等一系列不良反应。

1.3供油系统：

1.3.1供油提前角不正确

无论是供油提前或滞后，都将直接影响到燃油的燃烧性能；提前会导致早燃增加，滞后则导致后燃增多，最终造成进入气缸燃油不能充分燃烧，而引起冒黑烟。

1.3.2喷油器和喷油泵问题。

如果喷油器启喷压力变低，则会引起雾化不良，甚至出现堵塞、偶件卡死或滴油现象，及喷油泵偶件磨损导致供油压力过低，进而影响供油时间，从而恶化燃烧质量，引起冒黑烟。

1.4燃烧室变化

气缸盖垫片厚度、活塞顶腐蚀凹坑、燃烧室积碳及活塞环和进排气阀漏气都会对燃烧室压缩比及压缩压力造成不利影响，而偏离原始设计，影响燃烧性能。

1.5使用工况影响

中速四冲程柴油机在作为主机使用时，多用于可调浆。但与固定浆匹配使用时，尤其是对于需要频繁起停、经常机动航行船舶，不可避免都会受到冒黑烟问题的困扰。

1.5.1起动阶段

常用起动方式有：电动马达、气动马达和冲缸起动，其均要求快速将柴油机带动到发火转速。此阶段大量燃油喷入，而起动阶段增压器效率过低，无法为燃烧提供充足新鲜增压空气，大量未燃烧的燃油被排出而冒黑烟。

1.5.2合排阶段

中速四冲程柴油机合排转速通常在500rpm左右，对于固定桨而言，柴油机将会受到很大负荷冲击，转速会迅速下降，并在调速器作用下油门齿条被拉大。此时增压器转速和增压压力均不能与突增供油量匹配，最终因燃烧不充分而冒黑烟。

1.5.3负荷突加

负荷突加同样对柴油机产生一定冲击，且在整个功率范围内均有可能发生负荷突加。对于采用定压增压系统柴油机，对负荷冲击反应性能较差，废气能量不能及时反应到增压器涡轮上，增压器转速和增压压力提高较慢，从而导致供气量不足，燃烧不完全而造成冒黑烟。

1.6 外部因素

当船舶在大风浪天、浅水道、螺旋桨或船舶污垢条件下航行，相比自由航行时，在同样转速下，船舶需要更大的功率，所以很容易造成柴油机过载，这将不可避免发生冒黑烟。

2故障解决对策

在柴油机发生冒黑烟现象时，通常遵循由表及里方式进行排查。通常可按如下进行。

2.1日常维护检查

其实无论进排气系统，还是喷油泵和喷油器问题，一般均可通过常规手段进行检查和排除。例如定期对进排气道进行清洁；检查喷油器启喷压力和雾化情况，根据结果调整或更换。

而对于供油提前角问题，目前中速机多采用测量喷油泵柱塞升程的方式进行检查，可操作性强。燃烧室容积变化则需要通过吊缸检查，及时清除缸内积碳。

2.2 针对使用工况设计

根据对不同使用工况下冒黑烟现象分析，可以发现主要是由于油气不匹配引起的燃烧不充分。

2.2.1油门限定

主要通过机械限油和控制系统限油。

机械限油是通过由增压空气压力控制的限油气缸来完成，起动前预设好油门齿条起动格数，当起动或负荷突变时，油门齿条就无法被拉至最大，进而限制了供油量；而随着增压压力增大，限油气缸逐渐释放对油门齿条的限制。需要注意的是不能为了保证起动不冒黑烟，而将起动齿条预设的过小，不然会造成在合排时，柴油机无法快速增大供油量，而导致长时间无法稳定。

控制系统限油是指在采用电子执行器时，可以通过速度及负荷控制器，对起动时油门进行限制，从而避免过多燃油喷入气缸而引起冒黑烟。

2.2.2提高增压器效率

提高增压器效率最直接办法就是提高增压器转速，目前主流柴油机厂家都会将增压器补气功能作为备选项，该功能在起动或负荷突加时，能够直接喷入增压器压气机端压缩空气，增加增压器转速，从而提高增压器响应速度。

排气管采用脉冲能量转换增压系统，例如MSEM系统（模件式单排气总管增压系统），该系统具有高工况时比定压系统好，低工况时接近变压系统的优点，所以加速性能和低负荷性能更加优良。

2.3 机浆匹配

根据实际的运行经验，在进行螺旋桨设计时，通常要预留15%的功率裕度，用于避免由于天气或船舶脏污等而引起的过载现象；如果船舶设计用于拖曳作业，则允许最低保留5%功率裕度即可。

3结论

1、分析总结了船用柴油机冒黑烟的主要原因，为后续类似问题的分析提供了一定的指定意义。

2、从解决方法上不难看出日常保养必要性；同时提醒在系统设计初期，一定考虑到FPP和CPP的差异，提前做好对应配置设计。

3、要适当保留一定柴油机功率裕度，以避免发生可能的过载现象。

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