燃油系统因素导致国Ⅲ柴油机故障及诊断案例分析

燃油系统存在问题，如喷油量过大、喷油时间不正确、喷油器故障等，都可能导致柴油机严重冒黑烟，具体分析如下。

1.喷油泵供油量太大

（1）故障现象。供油量过大，使进入气缸内的油量增多，造成油多气少，燃油燃烧不完全，柴油机排气一定会冒黑烟。此时，柴油机除了冒黑烟外，还有下列现象：

①燃油消耗明显增加。

②柴油机因后燃增多而使排气温度太高且排气管可能被烧红。

③可能会出现拉缸或活塞烧顶现象。

④柴油机动力没有明显变化，感觉可能是动力强劲。

特别提示：调整喷油泵的供油量时，必须考虑该柴油机喷油系统下列因素。

①喷油器的喷油压力。因为该油量是在特定喷油压力下的供油量。如果喷油压力有变化，供油量也将产生相应的变化。如果喷油泵试验台标准喷油器的压力高，而实际喷油器的喷油压力低，则实际的喷油量将大于调整喷油量。反之，则小于调整喷油量。压力差别越大，供油量的差别也越大。

②标准高压油管的内经尺寸。如果调试时使用的标准高压油管的内径小于实际高压油管的内径，可能使实际供油量大于调试供油量。反之，则小于调试供油量。

柴油机的循环供油量，必须定期在喷油泵试验台上检查。检查供油量时，也需要检查各缸的供油角度。

（2）故障案例。一台道依茨F12L513风冷柴油机，在使用过程中发现动力不足，由于没有其他不良现象，维修人员认为是油量不足造成的，就车调整了喷油泵的供油量。之后该机动力正常，但是大负荷时黑烟严重。检查了其他可能出现此类故障的相关因素，未发现异常。此时就怀疑是喷油量太大造成的故障，由于喷油量就车调整有困难。

因此，拆下喷油泵专业调整时，发现该喷油泵的供油量比正常的油量大了近30%，按要求调整油量后，该柴油机工作正常，黑烟现象消失。

2.喷油提前角度不正确

柴油机的标准喷油提前角，是为保证燃油进入气缸后能够充分燃烧的最佳喷油提前角。机型不同，最佳喷油提前角也不相同。喷油提前角不正确，使柴油机燃油燃烧不充分、不完全，将导致柴油机冒黑烟。

（1）喷油提前角偏大。喷油提前角过大，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，从而使主燃期形成的炭粒具有较高的温度和高温下停留较多的时间，有利于炭粒氧化消失。然而过早的喷油增加了预混燃料量，使柴油机工作粗暴，燃烧噪声增大，并引起较大的机械负荷，以及较多的黑烟（CO_x）排放。

喷油提前角偏大除了导致柴油机冒黑烟故障外，还有下列现象：

①有强烈的燃烧噪声。

②柴油机功率不足。

③燃油消耗量明显增加。

④排气管接口处湿润或有滴油现象。

⑤排气温度可能较高，排气管可能有烧红现象。

⑥柴油机可能起动困难。

（2）喷油提前角偏小。如果柴油机的喷油提前角偏小，燃油喷入气缸时错过了最佳时机，将使柴油机后燃增多，大量燃油还未充分燃烧即被排出气缸，柴油机将严重冒黑烟。喷油提前角偏小除了导致柴油机冒黑烟故障外，还有下列现象：

①排气温度高，排气管有烧红现象，且柴油机表现为过热。

②柴油机整体温度高，柴油机因后燃增多而过热。

③柴油机功率不足。

④燃油消耗量明显增加。

⑤柴油机起动困难。

因此，当柴油机在使用过程中出现本节现象时，应该仔细检查喷油提前角。

（3）故障案例

①一台道依茨BFM1013水冷柴油机（机械单体泵供油系统），由于动力不足等原因对供油系统进行了拆卸维修，但维修之后发现该机比维修前的黑烟还要大，并伴有起动困难等问题。经专业维修人员询问该机前次维修供油系统操作情况时发现：维修人员由于不了解该柴油机供油系统的维修和调整要求，拆下单体泵时未做标记，后又任意装回单体泵，未对保证单体泵供油正时的调整垫做任何计算并混装使用。结果就出现了柴油机起动困难、冒黑烟故障。再按要求计算了调整垫的厚度并对应安装后，故障消失。

顺便指出，对于道依茨BFM1013柴油机，在检查单体泵时，必须要对逐缸单体泵和对应的调整垫做出标记并原缸安装，绝对不能相互调换使用。如果需要更换单体泵，则必须根据柴油机标牌上的Ep值，计算单体泵调整垫的厚度，一一对应安装。否则就会导致该柴油机的喷油提前角不正确而使柴油机无法正常工作。

②一台道依茨F12L413F风冷柴油机，在使用过程中出现带负荷作业总是浓烟滚滚的现象，检查喷油泵、喷油器等均未发现问题；检查喷油提前角时，开始由于原有标记误差方面的原因，也未发现喷油提前角有问题。仔细核对曲轴转角标记后，发现原定喷油提前角刻线误差达3°曲轴转角。重新按要求核定基线并正确调整喷油提前角后，该柴油机黑烟故障消失。

3.柱塞或出油阀严重磨损

（1）故障原因。个别或全部喷油泵柱塞、出油阀严重磨损将导致喷油泵泵油压力下降，使喷油器建压相对滞后，燃油燃烧不充分，后燃增多，所以柴油机严重冒黑烟。柱塞和出油阀有问题，将造成柴油机冒黑烟、动力不足，严重时也可能导致活塞烧熔故障。

但如果喷油泵大多数的柱塞和出油阀严重磨损，在造成柴油机严重冒黑烟的同时，还有下列现象：

①柴油机起动困难。

②柴油机燃油消耗量可能增加。

③柴油机动力不足。

④柴油机排气管可能湿润或滴油。

⑤柴油机易自动熄火。

确认柴油机冒黑烟是由于柱塞或出油阀的磨损造成的基本方法如下：

①拆掉柴油机的排气管，起动柴油机低速运转，仔细观察柴油机各个排气口的排烟情况，找出排烟大的气缸，更换该缸的喷油器（可以与不冒黑烟的缸互换），如果该缸仍然冒黑烟，而另一缸不冒黑烟，则可以确认该缸喷油泵的柱塞或出油阀有问题。

②也可以不拆掉排气管，用单缸断油法初步确认柱塞、出油阀或者是喷油器是否有问题。具体做法：起动柴油机低速运转，逐缸断油并观察排气管出口烟度的变化情况，如果某缸断油后，柴油机烟度减小，则说明该缸供油系统（柱塞、出油阀或喷油器等）可能存在问题，可以进一步的拆卸检查。

（2）故障案例。一台BF8L1015C增压柴油机，在使用过程中逐步出现动力不足、冒黑烟故障，该柴油机起动工作后，在20min内工作基本正常，但20min后，柴油机就开始冒黑烟，且转速下降，最后自动熄火。经专业检查喷油泵，发现柱塞和出油阀等部件磨损较为严重。更换全部柱塞和出油阀等零部件（喷油泵大修）后，故障消失。

该柴油机累计使用不到1000h，出现此类故障应该是不正常的。经询问操作人员后得出结论：主要是燃油质量不佳和滤芯使用不当造成的。

4.喷油器故障

喷油器因素影响柴油机冒黑烟主要有下列几个方面的原因：

（1）喷油器雾化不良、卡死或滴油严重或损坏。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，周围氧的质量分数低，容易产生炭烟。

喷油器不雾化、雾化不良或滴油，使燃料不能充分与气缸内的空气混合，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，更容易形成炭黑排出。喷油器有问题时，除了造成柴油机冒黑烟外，还有下列现象：

①排气管接口处湿润，严重时可能滴柴油。

②该缸的活塞可能产生顶部烧蚀或拉缸故障。

③该缸可能有强烈的燃烧噪声。

④油底壳机油液面可能升高。

（2）喷油压力不正确。喷油压力不正确（偏大或偏小），将影响喷油器的建压时间，延迟或提前喷油提前角度，使柴油机工作时冒黑烟。喷油压力偏大，可能延迟喷油开始时间，柴油机后燃增多。而喷油压力偏小，可能提前喷油开始时间，柴油机早燃增多。两者产生的问题和现象与前述的喷油提前角不正确相似。

确认某缸喷油器是否有问题的方法与确认柱塞、出油阀是否有问题的方法基本相同，只是互换喷油器后，该缸不再冒黑烟而另一缸冒黑烟，则说明该喷油器有问题。

（3）喷油器安装错误。某些柴油机喷油器的安装，有严格的安装方向，但没有特别的标记予以说明，所以就容易出现安装相差180°的问题。此时，柴油机就会严重冒黑烟。

（4）喷油器雾化状况与燃烧室匹配问题。如果喷油器的雾化质量与燃烧室的匹配要求不一致，也将导致柴油机工作时冒黑烟。

（5）故障案例

1）喷油器错位安装导致柴油机冒黑烟故障。一台工程机械用BF6M1013柴油机，维修人员在进行了喷油器的校验后，发现柴油机只要起动着车就黑烟严重，无论怎样调整油量或其他部位，黑烟现象都没有消失。后来经过认真的检查和对比，才看出喷油器安装方向错位180°，纠正错误后黑烟随即消失。

此类人为因素导致的该柴油机冒黑烟故障已多次发生，有的还造成柴油机所有活塞顶部烧蚀等衍生故障。因此在拆装不太熟悉的柴油机喷油器时，应注意做出安装标记。

2）喷油器喷油雾化不良并滴油导致柴油机黑烟故障。一台道依茨BFM1013柴油机，在使用过程中逐步出现冒黑烟现象，且伴随有动力不足、机油油面增高等现象，因此怀疑单体泵系统有问题。一般情况下，该柴油机出现上述故障的基本原因如下。

①单体泵磨损或调整垫磨损，影响供油压力或喷油提前角度，柴油机会冒黑烟。

②因为单体泵外侧的O形密封圈（图6-2）起着密封并防止燃油漏入油底壳的作用，因此，如果该密封圈损坏。可能导致进入油底壳而使机油油面升高。

③喷油器雾化不良或滴油不仅导致柴油机动力不足、冒黑烟，而且如果滴油严重而使该气缸不能着火燃烧，燃油将由活塞环与缸套间的缝隙处流入油底壳，导致机油油面增加。

图6-2 单体泵O形密封圈的位置

根据上述分析，首先拆检单体泵，但检查单体泵后，除了发现有一个单体泵上的O形密封圈有些磨损外，未发现其他异常情况。更换已损坏的O形密封圈后装好单体泵，起动柴油机运转，原有的问题继续存在。进一步分析上述故障存在的因素后，决定拆下全部喷油器进行调试。结果发现：有一个喷油器的喷油压力不到10.00MPa时就开始滴油，且没有任何雾化，其余喷油器喷油压力及雾化状况也不是十分理想。至此，找到了故障的根源，更换了全部喷油器后，故障排除。

5.喷油泵调速器因素

如果喷油泵调速器有问题，主要是调速器调速弹簧弹力不足时，将导致调速器与油门控制机构之间的不平衡，柴油机从起动开始就会严重冒黑烟。而当外部载荷稍有变化时，柴油机更是浓烟滚滚。如果喷油泵调速器有问题，柴油机运行时还有下列现象：

①柴油机转速不稳定，可能自动升高或降低。

②带负载运行时，随负载增加柴油机转速下降严重。

③柴油机负载越大，烟度越大。

④用单缸灭火法检查时，柴油机总体烟度无明显变化。

⑤柴油机可能起动困难。

确认调速器故障相对难一些，但只要对柴油机故障现象认真分析，不难找出故障原因所在并予以排除。

6.起动加浓电磁阀损坏

很多柴油机调速器内都装有起动加浓电磁阀，该电磁阀如果坏了，也会导致柴油机不能起动或起动后由于供油油量特大，柴油机就会浓烟滚滚。

故障实例：一台道依茨BF6M1013柴油机（机械单体泵供油系统），在一次施工过程中，突然出现冒黑烟故障，立即停机检查，对可能造成柴油机冒黑烟的因素逐项检查并逐一排除，但该柴油机冒黑烟现象并未消失。柴油机只要起动运行，就会黑烟滚滚。最后拆下该机调速器专业检查，发现起动加浓电磁阀（图6-3）坏了，起动后不回位，导致柴油机的供油量很大，所以该机严重冒黑烟。

图6-3 BF6M1013柴油机起动加浓电磁阀

7.其他因素影响

如果设备负荷过大、燃油质量不好、环境条件恶劣等都可能导致柴油机排气冒黑烟。

（1）设备因素。以柴油机为动力的某些设备，如果设备出现隐形故障，也可能导致柴油机冒黑烟。举例说明如下：

一台300kW的柴油机组，动力是道依茨BF6M1015柴油机，该机组作为一套电焊设备的动力源，在一次焊接作业时，不小心使焊机出现了搭铁现象，但并未造成焊机的损坏。至此之后，就经常出现：当焊接电流大于某一数值时，柴油机就会出现动力不足、严重冒黑烟故障，如果继续焊接，柴油机就会熄火。

刚开始，维修人员并没有怀疑是焊机故障，而是一直在柴油机上找原因，先后维修了增压器、喷油泵、调整了气门间隙、检查了柴油机所有认为可能导致柴油机动力不足冒黑烟故障的位置和部位，但该故障一直没能排除。最后，经过维修和操作人员的会诊，一致认为可能是焊机故障，之后换了一台焊机，上述故障全部消失，柴油机工作完全正常。

（2）柴油质量问题。柴油质量不达（国Ⅲ）标准，导致柴油机冒黑烟的故障屡见不鲜，也有不少的经验总结。详见本章第二节相关内容。

（3）环境因素影响。如果柴油机的使用环境恶劣（环境温度太高）或者非增压柴油机高原地区使用，都可能出现排气冒黑烟现象。