柴油机废气（共7篇）
柴油机废气 篇1
从事农机工作的人都知道, 由于燃油与空气比例失调, 柴油机燃烧不完全, 排气冒黑烟, 机件积炭增加, 不仅加剧运动件磨损, 缩短使用寿命, 而且导致机器动力性与经济性明显下降, 但很少人知道柴油机废气致癌作用的强烈。笔者在报刊中闻知, 据日本京都大学一位化学家发现所讲, 柴油废气中所含一种化学物质可能是迄今发现的致癌作用最强烈的物质, 也是近几年来城市人群肺癌发病率升高的主要根源之一。
对柴油机废气进行有毒化学物质致癌能力标准的测试表明, 这种硝基苯化合物致癌能力比以往发现的所有物质都强, 在动物试验中, 它使老鼠的血细胞发生了染色体畸变。用沙氏门菌进行试验表明, 在它作用下产生的细菌变异数量比已知致癌能力最强物质二硝基芘更高。
尽管这两种致癌物质在废气中的含量都很少, 但由于作用太强, 在废气对人体造成的危害中, 它充当了致癌的罪魁祸首, 是危害人类健康的无形杀手。奉劝拖拉机手、驾驶员及群众朋友们要高度注意, 不要认为柴油机内的废气没有什么了不起等思想。
目前, 由于在市场经济浪潮推动下, 农用运输车生产迅猛发展, 每年以数十万辆速度递增。由于培训工作未跟上, 不少的机手技术素质较低, 保养维护知识较差, 导致机车技术状态不良, 一部分车辆带病作业, 甚至少数发动机严重敲缸仍在运转, 一路浓烟滚滚, 严重污染空气, 影响着人们的身体健康, 造成社会一大公害, 决不能等闲视之。
作为一名农机科普工作者, 对这一现象再也不能熟视无睹, 向社会大声疾呼, 大家都来关心这一社会公害, 并采取积极措施消灭之。
首先, 农机主管部门要督促各乡镇农机管理服务部门 (站) , 在下乡村检查机车技术状况时, 要把检查柴油机是否有黑烟排放放在首位, 废机油是否乱倒, 找出故障原因并加以排除。
其次, 车辆监督管理部门严格把关, 年审时, 发现柴油机有冒黑烟现象, 应坚决不发合格证, 在路查路检时发现柴油机有不良现象, 要责令排除故障后才可继续行驶, 否则罚款处理。
第三, 利用广播、电视、报刊杂志等宣传工具, 大力宣传柴油机排放黑烟的危害性及防治应采取的有效措施。
另外, 在拖拉机、农用运输车柴油机的使用、维护、保养等方面应积极采取措施, 防止冒黑烟或废机油乱倒。严禁机动车超载作业, 否则罚款处理;驾车时应正确控制油门, 根据作业负荷的需要缓慢加大或减少油门;机车重载上坡时应提前换上低挡, 并加大油门;定期保养空气滤清器与柴油机滤清器;按时检查和正确调整配气相位、供油提前角度及各种间隙, 维护好各燃油精密偶件, 发现故障及时排除;及时正确调整压缩系统各部位的间隙, 适量添加燃油等措施。
观察废气颜色诊断柴油机故障 篇2
1.柴油机冒黑烟
柴油机冒黑烟是由于燃油未充分燃烧, 废气中含有大量碳粒和游离碳, 此现象的故障原因主要有如下几点:
(1) 供油量过大, 柴油不能充分燃烧, 此时柴油机功率不下降, 反而有所提高。
(2) 供油提前角过晚, 致使燃油在气缸中准备时间不足, 形成迟后燃烧, 热量损失大, 柴油机冒黑烟, 功率下降, 柴油机过热。
(3) 喷油器雾化不良或焦死在开启位置, 致使燃油燃烧不良, 功率下降, 排气冒黑烟。
(4) 空气滤清器或进气管路堵塞, 造成进气量不足 , 燃料不能充分燃烧, 排气冒黑烟, 功率下降, 且发动机有异响。
(5) 柴油质量不好或拖拉机超负荷作业。
2.柴油机冒蓝烟
柴油机冒蓝烟是由于润滑油进入了燃烧室并参与燃烧, 生成物呈蓝色气体随废气排出。此现象的故障原因主要有如下几点:
(1) 机油油面过高, 使飞溅到缸壁的机油过多, 其中一少部分润滑油被活塞环泵入气缸内, 机油随柴油一起燃烧, 柴油机功率不下降, 反而有所提高。
(2) 空气滤清器油碗中油面过高, 在吸气过程中, 机油油雾被吸入燃烧室充分燃烧, 此时柴油机功率有较大提高, 转速增高, 甚至出现飞车现象。
(3) 活塞环、气缸套磨损超限或活塞环对口分布, 在吸气行程时, 机油被吸入燃烧室, 在作功、压缩行程时, 向下排气量大, 功率下降, 机体过热, 机油耗率显著增加。
(4) 气门与气门导管间隙过大, 柴油机吸气时, 将机油雾滴吸入燃烧室参与燃烧;排气时, 废气会窜入气门室, 机体过热。
(5) 锥形活塞环装反, 活塞环向顶部刮机油, 柴油机严重冒蓝烟, 此时机油耗急剧增加。
(6) 油环胶结失去刮油作用, 机油窜入燃烧室。
(7) 曲轴箱通气孔不畅, 致使曲轴箱内压力增大, 机油油雾在压力作用下窜入燃烧室参与燃烧。
3.柴油机冒白烟
柴油机冒白烟是废气中含有大量水蒸气, 此现象的主要故障原因有:
(1) 柴油质量差, 含水量大或长期不排净沉淀油, 致使废气中含水蒸气量较大, 发动机产生爆燃。
(2) 气缸盖、缸套有裂纹或砂眼等缺陷, 冷却水在吸气行程时被吸入燃烧室, 柴油机功率下降, 水箱冒气泡, 机体过热。
柴油机废气排放控制技术新进展 篇3
关键词：柴油机,排放控制技术,选择性还原法,微粒过滤器,进展
0 前言
由于柴油机具有宽广的功率范围,高的扭矩输出和低的燃油消耗率,以及采用先进的废气排放控制技术,使其得到了广泛的应用。在重型动力装置中,柴油机占绝对统治地位;而在汽油机传统的应用范围,如小轿车等轻型车辆中,柴油机的应用也越来越广。特别是在欧洲,由于柴油的补贴政策、先进的电控喷射技术、严格的废气排放法规和先进的控制技术以及人们的环保意识,已有45%的轿车采用柴油机作为动力。我们主要论述了柴油机废气排放控制技术方面的新进展。
1 柴油机的有害排放物生成机理
与汽油机相比,柴油机的燃烧方式主要是扩散燃烧,过量空气系数大,空气充足,燃烧速率主要受可燃混合气形成速率的控制,混合比从零变化到无穷大,因此,柴油机的废气有害排放物主要是CO2,NO X,PM,而CO,HC较小。
1.1 C O2排放
CO2气体是近十年来在内燃机中开始进行控制的(以前主要控制工厂的CO2排放),它是一种温室气体,过多导致全球气温升高。石油燃料完全燃烧的最终产物是CO2和H2 O,因此,降低柴油机的CO2排放就是要降低燃油消耗,也就是说以少的CO2排放获得较大的功率输出。
1.2 N O X排放
柴油机废气中的NOX是NO,NO2,N2 O3,N2 O,N2 O5,N2 O4,NO3的总称,其中,主要是NO,NO2,其他成分可以忽略,而NO占90%,NO2占10%,因此,柴油机中的NOX排放主要指NO的排放。
柴油机中NO的来源有两个,一是大气中的氮转化而来,一是燃料中的氮转化而来。由于柴油中氮的含量很低(质量百分比不到0.2%),对NO的贡献可以忽略不计。燃烧过程空气中NO的生成来自火焰中“瞬发”形成和焰后区形成的NO,而火焰中“瞬发”形成的NO量很少,主要是焰后区形成的NO。目前,公认的焰后区形成的NO是1946年原苏联学者Zeldovich提出的NO生成机理,他认为高温分解所产生的氧原子引发了NO生成的连锁反应。
其中,式(1)反应的活化能最高,E=315 932 J/mol,它是控制NO生成速率的关键反应。根据Zeldovich的NO生成机理,影响焰后区的NO生成的主要因素是焰后区的温度、氧原子浓度和反应时间,前两个因素决定了式(2)的反应速率,后一个因素决定了整个链反应的有效时间。也就是说,NO的生成条件是高温、富氧以及反应时间。
1.3 PM排放
PM(Particulate Matter)是柴油机排放的微粒物的总称。柴油机废气中的PM主要有碳、碳氢化合物、硫酸盐、含金属元素的灰分等组成。含金属元素的灰分来源于各种添加剂和运动件摩擦产生的磨屑,硫酸盐主要由柴油中硫分转变而成。柴油机废气中的PM主要是以碳为主要成分的固体颗粒,它们是燃烧不完全产物,以碳为主要成分的固体颗粒常称为碳粒子。其中,气相燃烧过程产生的碳粒子一般称作碳烟,而液相燃料热裂解生成的碳粒子一般称作煤焦或煤胞,显然,柴油机中燃烧是气相反应的结果。柴油机废气中的PM组成见表1。
一般认为,碳烟粒子最终取决于其生成量与氧化量之差,碳烟的形成过程(见图1)经历成核、表面增长和凝聚、积聚几个阶段,而氧化过程始终存在,排气中碳烟量的多少是燃烧室内碳烟生成与氧化相互竞争的结果。
2 柴油机有害排放物的控制技术
由于环境污染日益严重以及对能源危机的担忧,世界各国制订了日益严格的柴油机废气排放法规,深受汽车尾气污染的美国加州和环保意识很强的欧洲是世界上排放法规最严格的地方。一方面是有害物的排放限值越来越低,另一方面是限制的排放物种类越来越多。图2、图3、图4是欧洲对柴油机有害物(CO2,NOX,PM)排放限值的变化。严格的排放法规是柴油机排放控制技术进步的动力,促使各柴油机制造公司不断研制新的废气排放控制技术,优化燃烧过程。在柴油机三种主要有害物中,降低CO2排放与提高柴油机的燃油经济性一致,而降低NOX和PM的措施有时相互矛盾。下面综述降低CO 2,NOX,PM排放的新措施和进展。
2.1 CO 2排放控制技术
凡是能够提高柴油机燃油经济性的措施,均能降低CO2的排放。传统的改善燃烧效率的措施,如采用DI燃烧室,废气涡轮增压并中冷,改善进气涡流,提高喷油压力等。现在各大柴油机燃油系统制造公司如德国的Bosch,Siemens,日本的Denso,ISUZU,美国的Caterpillar研制的电控燃油系统,特别是高压共轨电控燃油系统(见图5),不但可以实现高压喷射,目前最高可达1 800 MPa,而且可以根据工况控制喷射定时、喷射周期和喷射规律。例如,可以将喷射期分为引燃喷射、主喷射和后喷射(见图6),能同时降低柴油机的燃烧噪声和CO2,NO X,PM排放。
2.2 N O X排放控制技术
如前所述,NOX的生成条件是高温、富氧以及反应时间,因此,降低燃烧温度、减少氧浓度和反应时间,是减少排放的措施。降低NOX的排放,除了优化柴油机的设计参数外,机内净化措施主要是采用废气再循环技术EGR和优化运行参数(电控)。机外净化措施的最新技术是采用选择性催化还原技术(SCR)。
2.2.1 废气再循环技术(EGR)
所谓EGR就是将一部分废气引入到进气中,再次参加柴油机的热力循环。EGR方法主要是利用废气有较大的热容量来降低最高燃烧温度,并降低氧气浓度,从而达到降低NOX排放目的。废气再循环量要适当,要随柴油机的工况变化而变化,控制精度要求较高。同时,采用EGR虽然NOX排放量降低了,但同时提高了PM的排放量,动力性和经济性也有所下降,这些问题在机械控制式柴油机中无法解决。在电控柴油机中,通过电控单元控制喷油率和喷油规律,同时根据柴油机工况控制EGR量,如ISUZU公司研制的电控的连续控制的EGR系统,电控单元同时控制EGR阀和进气节气门,能较好地协调NOX和碳烟的排放(见图7),但动力性会有所影响。
2.2.2 选择性催化还原技术(SCR)
如果能将废气中的NOX通过化学反应,变为N2即可以降低NOX,这是选择性催化还原技术(SCR)的基本思想。20世纪20年代末有人提出将NO直接催化分解成氧气和氮气的方法,此种方法简单,操作费用低,缺点是氧气的存在使得NO的转化效率非常低;另一种方法是在还原剂的存在下将NO催化还原成氮气,由于柴油机废气中存在氧气,所以要求还原剂能够有选择地还原NO而不是与氧气发生燃烧反应,这就是选择性催化还原SCR(Selective Catalytic Reduction Method)的由来。还原剂一般采用柴油或者尿素的水溶液(也有用烃作为还原剂,在锅炉燃烧技术中也称为烃类SCR烟气脱硝技术),采用柴油作还原剂要求柴油的硫含量很低,现在正在研发中;采用尿素水溶液作为还原剂,实际上将尿素进行水解,产生氨,真正的还原剂是氨,氨将废气中的NOX还原成N2。其化学反应方程式如下所示。SCR法的组成见图8。
在SCR技术中,在电控单元的控制下,尿素泵将尿素溶液(欧洲开发了一种叫Adbiue的尿素溶液)从尿素罐中抽出,加压、过滤后送到计量喷孔,压缩空气经电控单元调压后也送到计量喷孔。当计量喷孔打开时,尿素溶液在压缩空气的引射下喷出,和压缩空气一起进入废气中,在催化剂的作用下,有选择性地将NO还原成氮气,此法NO的转化效率很高,高达85%,可以达到欧V标准。在使用SCR法时,车辆上要装备一个尿素罐,车辆每百公里要消耗1~2 L尿素,因此,要布置尿素加注站。另外,尿素溶液在-11℃时会结冰,在-90℃时会出现结晶体,因此,欧洲专门设计了一种可以加热、接口与加油管不同的SCR软管。
2.3 P M排放控制技术
降低PM的排放,一是降低PM的生成,如减少扩散燃烧的比例,提高扩散速度,降低扩散火焰温度等;二是提高PM的氧化速率,如提高气体温度,增加含氧量,增加燃烧时间等。机内净化措施主要是完善柴油机的燃烧过程,如高压喷射、增压中冷、加强空气涡流等。但是,由于柴油机的燃烧特点,在现有的条件下,尚不可能完全消除液滴燃烧。因此,仅仅利用机内净化措施无法满足日益严格的排放法规要求,必须采取PM后处理技术。目前,主要采用氧化催化剂技术DOC和PM过滤器DPF。
2.3.1 氧化催化技术DOC
DOC主要是处理柴油机废气中的HC,CO和PM中的SOF,将它们氧化成CO2和H 2O,要求的反应温度低,只要250℃(柴油机废气温度一般在300~500℃)以上便可以将它们氧化,氧化效率高达90%。催化剂一般由Pt,Pd等贵重金属组成,并浸在载体表面上。采用DOC对燃油的硫含量要求很高,因为一方面会因为燃油中硫转化为硫酸盐而增加颗粒排放量,另一方面硫酸盐会导致催化剂中毒,一般要求硫含量低于0.005%(质量比)。从国外特别是欧洲柴油机废气治理的情况看,采用DOC,可以达到欧IV标准。虽然DOC可以将HC,CO和PM中的SOF氧化成CO2和H2 O,但却不能氧化PM中的干碳烟(Soot),因此,仅仅采用DOC不能满足PM的排放法规,而必须采用PDF。
2.3.2 PM过滤器DPF
将柴油机废气中的微小颗粒过滤掉,过滤材料必须十分细密,同时要求有较低的排气背压,并能连续再生。现在,一般采用蜂窝陶瓷PDF,蜂窝陶瓷PDF具有较高的过滤效率,耐高温。PDF过滤后,必须及时将颗粒烧掉,也就是再生。再生技术有多种方法,如进排气节流再生、喷油助燃再生、逆向喷气再生、连续再生、燃油添加剂辅助再生等。采用DOC,提高排气温度,然后在燃油添加剂或PDF辅助催化剂的作用下燃烧过滤体内的颗粒物,是一种很有前途的PDF,如五十铃正在研发的连续再生式柴油颗粒过滤器就是此种PDF,见图9。
3 结束语
柴油机的最大优点是其低的比油耗(相应的CO2低排放)、宽广的功率范围,经久耐用。噪声和高的NO,PM(是汽油机的几十倍),是人们对其诟病的主要原因。特别是汽油机使用三元催化剂后,CO,HC和NO可以降低90%以上,柴油机面临的压力越来越大。目前,采用电控技术、高压喷射、增压中冷、直喷化,在进一步降低油耗的同时,噪声也得到了很好的改善。在降低NO排放上,传统上采用EGR,但它增加了PM的排放,目前开发的SCR是降低NO的有效方法。改善燃烧的方法,均能降低PM,但是,要达到严格的排放法规要求,则必须采用连续再生微粒过滤器。SCR结合PDF可以达到欧V的要求。但随着人们对大气污染“零容忍”的认可,柴油机面临的压力更大,目前国外进行的均质混合压缩点火燃烧技术HCCI是一种很有前途的技术,可以仅仅采用DOC便可以满足非常严格的排放法规要求。同时,采用清洁能源技术也是降低柴油机排放的有效手段。
柴油机废气 篇4
1 配气机构与进排气系统
气门关闭不严, 气门开启高度小, 气门开启时间短。配气相位混乱, 空气滤清器不清洁, 增压器后管路漏气, 增压器失效等导致进气不足和排气不净。进气不足时导致与柴油混合的空气减少, 使可燃混合气浓度增加。排气不净, 使已燃烧过的部分废气排不出而重新参与油气雾化混合, 这些都是影响柴油混合浓度和过量充气系数的决定性因素, 也是可燃混合气充分燃烧的主要因素, 这样就必须正确调整进、排气门间隙, 调准配气相位和定期清理空气滤清器, 对有增压器的柴油机还要重点检查增压器的工作质量和各个连接管路的密封性, 部分机件严重磨损老化要及时更换。
2 供油系统
供油量过大、供油提前角不准确、多缸柴油机的供油量均匀度失准也可导致柴油燃烧不充分。供油提前角小则供油过迟, 供油提前角大则供油过早。供油过早或过迟都不利于柴油在整个燃烧空间得到均匀分布, 使可燃混合混合不均匀。在气缸内相对温度较低的情况下, 空气温度低从而导致燃油雾化条件差, 在没得到良好雾化的情况下进行燃烧的可燃气体得不到充分燃烧时, 通过排气管排到大气中, 从而产生废气排放超标。
3 润滑系的影响, 众所周知, 润滑油有四大作用、润滑、冷却、清洁、密封
当润滑油使用一定时期后, 其清洁度降低, 粘度、运动特性等相关技术指标相对产生变化。势必增加机械的运动阻力, 使柴油机功率下降。当润滑油在使用一段时间后, 其各项指标产生变化后, 在柴油机达到合适的运行温度后, 润滑油的粘度下降, 必然会使其应有的密封性下降。从而导致压缩比的降低, 使柴油机的可燃混合气得不到充分燃烧。亦造成柴油机功率下降, 废气排放超标。
4 油泵与喷油器
油泵与喷油器是可燃混合气形成燃烧的关键部位, 喷油规律和质量的好坏直接决定柴油能否得到燃烧。在柴油机的工作过程中, 对燃烧质量起到主要控制因素就是压缩比的高低、喷油时刻的正确度和可燃混合气的雾化质量, 而影响雾化质量的关键又取决于喷油器的工作质量和进气涡流的运行速度及运行状态。因此, 喷油器的工作质量也是雾化质量的基础, 所以要求喷油器要有良好的雾化质量, 不能有滴油、非雾状喷射状态。又要开启迅速、关闭及时。同时又要正确调校供油提前角, 还要经常检查各部件的工作性能, 对有冒烟限制器的高压油泵要经常检查其工作的可靠性, 按时校对其真空度的准确性, 不能带病作业。对于磨损到规定使用极限的零件应及时更换。要尽可能做到进入气缸的新鲜空气充足。除上述的气门开启高度、关闭密封度及空气滤清器的清洁度都会引起供气不足外, 气缸盖的密封、活塞、缸套及活塞环的尺寸、配合间隙等对供气量都有很大影响。柴油机工作一段时间后要及时进行测试, 配合间隙不符的要进行及时修理或更换新件。
5 随科技的进步, 现在的车用柴油机为适应环保要求, 大多采用了车用尿素转化排除废气技术
车用尿素是指尿素浓度为32.5%且溶剂为超纯水的尿素水溶液, 原料为尿素晶体和超纯水。国内车用尿素主要是从工业尿素提纯得来。车用尿素必须使用电子行业一级超纯水。车用尿素的由于SCR催化剂载体极易发生金属离子中毒从而失去催化效果, 因此车用尿素溶液必须使用电子行业一级超纯水 (电阻率≥18MΩ·cm) 。车用尿素溶液会在-11℃下开始结冰, 实际使用中在-20℃时会完全上冻。目前技术是通过加入改性剂降低溶液凝固点、外加加热装置等手段防止溶液凝固。
车用尿素溶液 (Ad Blue) 是用不含其他任何添加物的高纯尿素和纯水一起配制的溶液, 该溶液中尿素含量为32.5% (质量分数) 。国内外重型柴油机厂家大多数采用了SCR (选择性催化还原) 技术来满足欧IV、欧Ⅴ机动车排放标准的要求。在改装加注机和液箱后, 选择SCR技术的的车辆必须添加尿素溶液作为催化还原剂, 使车辆达标排放。
6 电喷高压共轨技术
是一种技术结构上的根本性改变, 它在原有的传统结构中融合了大量的电子技术和监测控制设施, 根据对车辆负载、油门位置、进气温度, 等相关数据检测采集, 适时控制柴油发动机的过量充气系数与喷油压力及喷油量, 严格控制控制可燃混合气的浓度。
柴油机废气 篇5
在实际使用中, 经常会不同程度出现动力下降、油耗上升, 甚至发生废气涡轮增压器早期损坏。究其原因, 主要是使用和维护不当造成的。
1 废气涡轮增压器的正确使用
为了保证废气涡轮增压器的正常工作, 使其保持良好的工作性能, 使用中应注意以下几点。
1.1 选用合适的润滑油
增压器所需的润滑油来自柴油机主油道, 润滑油用来润滑和冷却增压器。使用中, 应按说明书规定选用合适的润滑油 (柴机油) 。
首先是柴机油的质量等级, 对涡轮增压柴油机至少应使用CD级增压机油, 保证油质, 使增压器得到良好的润滑和散热;同时, 应使用优质滤清器。
其次是柴机油的黏度等级, 应根据气温条件、机件磨损状况等选用合适的黏度。
如果润滑油选用不当, 油中的各种添加剂不能满足增压柴油机大负荷工作的润滑要求, 润滑油将会加速氧化变质, 会加剧柴油机和增压器零件的磨损。
1.2 保持正常的机油压力
柴油机在运转中, 应保持正常的润滑系统机油压力。当润滑系统机油压力低于0.15MPa时, 应停机检查增压器转子轴与轴承润滑, 以防止增压器润滑不良而烧蚀转子轴和轴承;机油压力过高也可造成机油窜入涡轮室或压气机室;柴油机怠速运转时间不能过长, 否则, 机油压力过低使增压器润滑不良。
1.3 掌握正确的启动方法
柴油机启动后应怠速运转3～5min, 不能轰油门, 待机油达到一定的温度和压力, 流动性能改善, 增压器轴承得到充分润滑后, 方可提高转速。
增压器轴承是浮动轴承, 如果柴油机启动后, 就立即将转速升得很高, 润滑油不能及时到达增压器轴承就会加速磨损甚至使轴承瞬间烧损。特别是在冬季低温启动后轰油门还会损坏增压器油封。
对于停车时间较长的车辆, 启动前应松开增压器进油管接头, 向进油口加注适量与柴油机同牌号的机油, 以防启动时因润滑不良而使转子轴发生烧蚀。
1.4 掌握正确的熄火方法
柴油机熄火前应怠速运转3～5min, 让柴油机负荷逐渐减少, 待增压器转子轴转速降低、机油温度有所下降后再熄火。
如果柴油机在高转速下突然熄火, 废气涡轮增压器内的机油会因机油泵停转而马上停止循环流动, 但增压器的转子轴在惯性作用下仍在高速旋转, 增压器在高转速下停止润滑, 热量未被机油带走未能及时冷却, 增压器局部温度可达900～1000℃, 容易因断油而使轴承烧损甚至咬死。
另外, 带负荷运转的柴油机, 其排气歧管温度很高, 若突然停转, 该处热量便传至增压器壳体上, 使已经停止流动的机油变成积碳。当积碳越积越多时, 会阻塞进油口, 导致轴承缺油, 即使进油口不堵塞, 积碳也会加速轴承磨损。
1.5 掌握正确的驾驶方法
有些驾驶员不了解柴油机增压器的结构和原理, 为了省油, 习惯采用“加速—熄火—空挡滑行”和“熄火—空挡滑行—点刹”的驾驶方法, 这时机油泵已经停止工作, 但增压器转子仍在高速旋转, 由于高速旋转的转子轴承得不到充分润滑和冷却, 会因温度过高干摩擦而烧死。
2 废气涡轮增压器的定期维护
为了尽量减少增压器出现故障, 平时应加强对增压系统所有管路的维护保养, 空滤器要定期保养, 润滑油应定期更换, 以保证增压器进气清洁, 增压器轴承润滑可靠, 保证增压器的冷却条件;认真做好增压器的维护工作;维修时应正确装配, 不得随意改变其原有的装配关系。
2.1 进气系统的维护
增压器能否正常工作一定程度上也依赖于进气系统, 只有供给充足、干净的空气才能保证增压器长期无故障工作, 使其寿命延长。所以应定期检查所有进气管接头和软管的密封性, 防止漏气和空气短路。如果压气机到柴油机进气管漏气, 充气量减少, 将导致柴油机冒黑烟;空气短路后, 当有较大颗粒的灰尘或沙子进入压气机会立刻损坏增压器, 较小的颗粒也会使工作轮叶片弯曲或被割削, 并使其失去平衡, 引起轴承和密封环的磨损加剧。随着轴承的磨损, 配合间隙增大, 使压气机或涡轮机的工作轮叶片打击壳体, 增大噪音。
加强空滤器的维护, 确保其工作正常。如果空气滤清器堵塞, 进气阻力增大, 充气量减少, 使进气不足, 柴油机功率便会明显下降。同时, 压气机一侧的密封环将会由于压力差太大而泄漏, 引起润滑油消耗量过大。另外, 若滤清器滤芯破损或密封胶圈老化失效, 增压器会因灰尘沙粒进入而转速不稳, 噪声加剧, 并导致轴承、油封和气封组件加剧磨损。
2.2 增压器的维护
2.2.1 增压器外部检查
经常检查增压器固定情况, 各管路连接密封情况, 增压器外部及进出润滑油管有无漏油现象。
2.2.2 增压器工作情况检查
在发动机怠速和中速运转情况下检查, 增压器应运转均匀, 无金属撞击或金属摩擦异响, 无喘振或强烈的振动现象。
2.2.3 增压器涡轮、压气机叶轮和转子检查
检查涡轮和压气机叶轮应无变形、毛刺、损坏、腐蚀现象, 背面无接触印痕, 转子旋转应灵活。如果涡轮叶片背面有积碳, 是机油焦化或机油燃烧产生的;压气机轮叶片背面有积尘, 是进气管路漏气。在拆检时应注意不要碰撞损坏叶轮。
2.2.4 增压器密封环检查
要经常检查密封环是否密封, 密封不良可使机油进入进气管道及气缸燃烧, 造成发动机机油烧损;密封环泄漏引起的涡轮后部积碳, 将使旋转零件转动发涩而损失功率。
2.2.5 增压器内积碳的清除
增压器进、回油口如有积碳, 应仔细清除干净, 确保机油畅通无阻;沉积在压气机喉口上的微小尘埃应刮除;清除涡轮、喷嘴环及涡轮壳内的积碳。
另外, 还应清除中间壳中的水垢;清洗气封道和油腔, 清洗各气封件和油封件, 并检查其损伤情况, 必要时予以更换。
拆装增压器时, 由于涡轮壳与压气机壳均为薄壁铸件, 切忌摔打碰撞, 必要时应用木锤轻敲, 不可使用铁器, 以防击破;转子轴组件装配时必须按原记号对位, 以免影响其动平衡;总装时不可让杂物落入壳体内腔或管道中, 以防损坏转子。中间壳上的机油进出油口应垂直安装, 出油管从增压器接出后应逐渐弯曲接到曲轴箱上, 以防止回油不畅通而使机油向涡轮室或压气机室渗漏。
3 废气涡轮增压器常见故障诊断及排除
增压系统故障的主要表现形式为:增压器喘振, 增压器漏油, 增压器叶片扭曲、断裂以及异常磨损等。
3.1 增压器喘振
如果增压器在工作过程中向气缸内输送空气量不足, 空气压力将产生极大的波动, 在压气机端发出异响, 如气喘的响声, 这就是喘振。由于喘振, 发动机工作不平稳, 功率下降, 排气冒黑烟。
产生喘振的原因是进气系统堵塞, 如空气滤清器滤芯严重阻塞, 进气管内油污太多阻塞。增压器的喷嘴环流通道发生变形也会造成喘振。因此, 最好是每次二级维护时更换空气滤芯, 行驶十万千米, 清洗进气通道。
3.2 增压器杂音
如果增压器在运转中发出杂音, 发出金属的撞击、摩擦声, 或者产生振动, 是增压器转子和涡壳之间位置发生了变化, 应拆卸转子检修、调整。
3.3 增压器震动
如果增压器在运转中出现了强烈的震动。这是由于转子组不平衡, 轴承损坏造成的, 应更换轴承及进行转子组的动平衡校验。
3.4 增压压力下降
该故障的主要原因是进气道堵塞, 并进入中冷器的进气道连接软管松脱, 破裂造成。
3.5 增压器突然停止运行
增压器突然停止运行, 发动机功率下降。这是增压器轴承损坏, 转子组烧死所致, 应更换轴承;如损坏严重应更换增压器总成。油封漏油也应及时检修更换。
3.6 叶片变形磨损
叶片扭曲、异常磨损甚至断裂, 主要是由于空滤器破损, 泥沙和异物被吸入进气管路与叶片发生碰撞而造成的。
4 结束语
废气涡轮增压器是用来提高发动机功率和减少排放的重要部件。因此, 我们必须正确使用, 认真维护, 以减少故障的发生。增压器出现故障后, 不要匆忙更换增压器, 应该寻找和判断故障原因和部位, 并尽可能地加以排除。
参考文献
[1]邱宗敏.汽车发动机构造与维修.辽宁:大连理工大学出版社, 2009.
[2]曾小珍.柴油机维修技术.北京:电子工业出版社, 2005.
[3]华道生.柴油汽车故障检修300例.北京:金盾出版社, 2006.
柴油机废气 篇6
关键词：柴油机,废气涡轮增压系统,维护,故障,处理
柴油机废气涡轮增压系统是由柴油机、压篾机、废气涡轮机、空气冷却器和辅助扫气泵等基本元件组成。其主要任务是提供足够的空气, 保证柴油机扫气和燃烧的需要。由于柴油机的运转条件和结构不同、废气中的能量不同、所需的空气量不同, 因而对增压系统的要求也不相同。
1增压系统的维护管理
废气涡轮增压器工作的主要特点是:转子转速高, 气流流速高, 涡轮工作温度高。废气涡轮的转速每分钟可高达几千甚至几万。增压器的尺寸越小, 工作转速越高。涡轮机和压气机中的气流速度可达每秒数百米。涡轮机端的废气温度很高, 因此, 做好增压系统的维护管理工作十分重要。
1.1 增压器的日常管理
在运行中应测量和记录主要运行参数。根据检查的参数判断涡轮增压器的工作状态, 以确定必要的检查、调整和检修方案。涡轮增压器运行时, 应经常用金属棒或其他专用工具细心倾听增压器中有无异常声响和运转是否平稳。转子不平衡时会发出钝重的“嗡嗡”声。由于增压器是高速回转机械, 应特别注意轴承的润滑。轴承为外部供油润滑时, 要注意检查重力油柜的油位及滑油进口压力和出口温度;轴承为自身供油润滑时, 应注意检查油池中的油位, 若油量不足应及时补充。
1.2 废气涡轮增压器的清洗
增压器在运行时其内部流道会被灰尘、油雾和碳粒所脏污, 这会使流阻增大, 增压器效率下降, 增压压力降低, 脏污严重时还会引起增压器喘振;污物在叶轮上分布不均还可能使转子的动、静平衡不良而引起振动, 因此, 要对增压器进行清洗。增压器的清洗有运转中的清洗和拆开清洗两种。经常定期进行运转中的清洗, 以清除旋转件上的灰尘和疏松的积炭, 使增压器处于良好的工作状态。
2增压系统的故障及排除
涡轮增压器在使用过程中, 由于各种因素的影响, 会产生异常现象。下面介绍增压系统除喘振以外的其他常见故障和处理方法。
2.1 轴承烧损
轴承烧损大多是由于滑油压力过低、油量不足或断油、滑油过脏或油中混入金属屑等造成的。轴承烧损时往往表现为增压器转速急剧下降、滑油出口温度升高、增压压力降低, 并出现异常的声音。若在管理中发现增压器转速急剧下降、运转声音异常时, 应立即停车检查增压器轴承, 否则可能造成严重事故, 甚至整台增压器报废。若轴承轻度烧损, 轴封和叶片均未损伤, 可更换轴承;若转子严重损伤无法修复时, 只好停止增压器运转。
2.2 增压器强烈振动
除了喘振的原因, 增压器的强烈振动还可能是由于涡轮机叶片上有结炭和附着燃烧产物、叶片折断、压气机叶轮损坏、转子与固定件碰擦、轴承减振弹簧片损坏等原因引起的。柴油机使用重油和长期燃烧不良, 会在涡轮机喷嘴环和叶轮上结炭或附着氧化物。这些结炭和氧化物在叶片上分布不均, 会引起增压器的强烈振动。结炭和氧化物不能用水洗掉, 必须打开增压器进行专门清洗。叶片断裂大多是由外来物引起的, 也可能是由于叶片共振引起的疲劳断裂。叶片断裂的应急处理方法是把与断叶对称的叶片切掉, 使叶轮保持大致平衡;若叶片大量损坏, 则只好停止增压器运行, 厂修时更换新叶轮。此外, 应注意检查轴承减振弹簧片的状态, 及时更换。
2.3 增压压力下降
废气涡轮和压气机流道部分脏污是引起增压压力下降的重要原因, 包括进口滤器、消音器、空冷器等。运行中应按说明书的要求按时清洗增压器。此外, 还必须定时拆开清洗, 以清除坚实的结炭和污垢。若增压压力降低的同时发现增压器的转速也明显下降, 说明废气能量不足。在柴油机方面可能是喷油提前角过大、排气阀开启较晚、缸套活塞环漏气等原因引起的;在废气涡轮方面可能是喷嘴环变形, 使通流面积增大、涡轮机前排气管膨胀、接头漏气等原因引起的。此外, 由于轴封结炭、轴承故障使转子阻力增大也会使增压器增压压力下降、转速降低。应具体查明原因, 予以排除。
若增压压力降低的同时增压器的转速没有明显下降, 则可能是压气机故障引起的。如:压气机进口滤器和消音器堵塞, 内部气流通道积垢, 增压器轴封、气封漏气;扫气箱漏气等。
2.4 增压压力升高
主要是由柴油机引起的。常见的是紫油机负荷过大或喷油系统故障, 造成燃烧不良、后燃严重, 导致废气能量增加、涡轮机转速提高、增压压力升高。排气阀漏气、开启过早也会产生类似的情况。
3增压器损坏后的应急处理
在运行中, 若增压器损坏而不能及时修复, 只能采取应急措施, 把损坏的增压器停机, 让柴油机继续运行。采取应急措施后, 既要保证增压器不会进一步损坏, 又要使柴油机排气温度不超过规定的数值。在运行中发现增压器损坏时, 使损坏的增压器停止运转的措施有两种:如果允许柴油机停车的时间很短, 必须马上恢复运行, 这时只需拆下压气机端和涡轮机端的轴承盖, 用专用工具把转子轴锁住, 并在压气机排出管路上装密封盖板, 防止增压空气流失;如果允许柴油机停车时间较长, 可将转子拆除, 并用专用工具封闭涡轮增压器, 以防燃气和增压空气外泄。进行了停止增压器运行的应急处理后, 应降低柴油机的负荷, 防止排温过高和冒黑烟。对涡轮机的进、排气箱继续保持冷却, 对外部供油润滑则应切断滑油供应。如果在运行中发现增压器损坏又不允许停下来时, 应大大降低柴油机的转速, 且只能在较短的时间内运行。
参考文献
[1]刘仍贵.柴油发动机废气涡轮增压技术浅析[J].汽车运用, 2009 (4) .
柴油机废气 篇7
废气再循环(EGR)技术对降低柴油机NOx的排放有显著效果。其原理是将一部份废气引入发动机的进气系统,使得进气中惰性气体(HC、CO2等)的比例增加,由于这些惰性气体具有较高的比热容,使得经再循环废气稀释的混合气的比热容增高,致使发动机最高燃烧温度下降;同时EGR的稀释作用也降低了混合气中氧的浓度,从而破坏了NOx的生成机制,以致有效的抑制NOx的生成,达到减少NOx排放的目标。由于采用EGR技术所须增加的额外设备较少,减排效果明显,是近年来减少柴油机废气排放的重点研究技术之一[1,2,3,4]。EGR冷却器是EGR系统的重要元件。
本文应用FLUENT软件对柴油机EGR冷却器进行了数值模拟,为柴油机EGR冷却器的设计和改进提供了重要的理论依据。用CFD数值模拟方法研究EGR冷却器,能减少大量的重复实验,以有效降低产品开发成本与设计周期。
2 EGR冷却器的模型建立和网格生成
EGR冷却器有管壳式和板翅式两种形式。目前可见的管壳式EGR冷却器有四种形式:光管式、螺纹管式、翅片式、螺旋折流板式[4]。根据柴油机废气再循环系统的设计要求,冷却器采用逆流传热的螺纹管式,以保证冷却效率。因为采用逆流传热能相应减少传热面积,而螺旋管比平整管具有更大的表面积。KIM等人的研究已表明:螺纹管式EGR冷却器的冷却效率较光管式有明显提高,而且经过内部结构的优化,可以较大程度地减少沉积物[5]。柴油机排气流量为20m3/min,设定的EGR最大冷却废气为总排气量的25%。冷却器废气进口温度为T1=600℃,出口温度为T2=250℃,冷却液为液态水,冷却水进口温度t1=25℃,EGR冷却器的管束布置图如图1所示,21根冷却管采取正方形分布。冷却管为直径8mm的螺旋管,壁厚0.5mm,管间距为10mm,冷却器外壳直径为600mm,壁厚1mm。冷却液进出口采用同侧设计,进出口直径为18mm。用Pro/E软件设计的EGR冷却器CAD模型如图2所示。
利用Gambit软件对物理模型进行网格划分,为使计算能够较快地收敛,整个模型进行适当简化,EGR冷却器模型网格图如图3所示。
3 数学模型
(1)流场控制方程
EGR冷却器内流场的流体动力学特性可以用下面的连续性方程、动量方程和能量方程描述。
连续性方程为
动量方程为
能量方程为
式中:p为压力;u为速度;ρ为密度;T为温度;Cp为比定压热容;k为传热系数。
(2)湍流模型
湍流模型选用k～ε双方程标准壁面湍流模型,湍流动能方程k和扩散方程ε为
式中,Gk-由平均速度梯度引起的湍流动能;Gb-由浮升力引起的湍流动能;YM-过渡扩散产生的波动动能;SK,Sε-用户自定义项;C1ε,C2ε,C3ε-常数;σk,σε-k方程和ε方程的普朗特数;ui-湍流粘度,。
(3)边界条件确定
流体进口采用速度入口条件,出口采用压力出口边界。其中冷却水流速为0.48m/s,废气流速为53m/s。把冷却水和废气的交界面选定为耦合壁面条件,壁面厚度定义为设计尺寸0.5mm。冷却器的整个外壁面采用绝热无滑移边界条件。
4 模拟结果
(1)图4为EGR冷却器的壳程流体速度矢量图。由图4可以看出,冷却器进口速度较大,之后随着冷却器形状改变,在中心截面处速度逐渐变小,而后在出口处速度又增大起来。在大部分区域里,壳程流体流速很稳定。
(2)图5为EGR冷却器的温度分布云图。由图5可以清晰看到各个位置上温度的变化情况。废气温度沿着冷却管长度方向逐渐降低,实现了热能耗散。图6为EGR冷却器沿X轴线上温度变化曲线图,由图6可以看出,沿着X轴线冷却器温度从700K左右一直降低到520K左右。图7为冷却水出口截面温度分布图。出口冷却水的温度最高为326K。两种流体温度变化基本满足设计要求。
参考文献
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[2]平银生,张逸敏,蔡东波,等.利用EGR降低柴油机排放的研究[J].内燃机工程,2000(4):6-10.
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