造成柴油发电机积碳的因由、后果及清理步骤

摘要：积炭对于柴油发电机而言可以说是致命的一环，就相当于血管当作的血栓一样，影响极大，积炭多会影响柴油发电机的动力，积炭可以说是一种顽疾。其危害除了会阻碍柴油发电机的燃烧以及活塞的散热，还会减小燃烧室的容积，从而致使柴油发电机的供电不足。康明斯公司在此文章就柴油发电机积碳的情形、成分和因由，并对积碳的影响以及预防举措展开了详细的浅聊。

      在柴油发电机燃烧室中， 有时由于氧气量提供不足， 燃油燃烧时不完全，产生油烟的状况。同时，氧气提供量不充足，窜入燃烧室的润滑油也会无法完全燃烧，发生烧焦润滑油的颗粒。混合大量燃烧残留物的润滑油和油烟在柴油发电机中被氧化成一种胶状液体一轻基酸。轻基酸进一步氧化就变成一种树醋状胶质而牢固地粘附在柴油发电机零件表面上。随后在发烫功用下， 胶质又进一步聚合成更复杂的聚合物， 成硬质胶结炭， 俗称积炭，如图1所示。

     柴油发电机积炭的成分详细是胶结炭，但是其成分和性质随柴油发电机的组成、使用条件、所用燃料及润滑油性质，以及随空气进入燃烧室内的杂质不同而不一样。即使在同一个燃烧室内， 各不同零件及部位上的积炭， 其性质和成分也不尽相同。

      通常说来其化学成分是各种物质润滑油及燃料燃烧生成的碳质沉积物、燃料中的硫元素燃烧后与金属结合成的硫酸盐，润滑油中的有机金属盐添加剂燃烧的金属化合物，空气中的灰、沙等硅化合物，柴油发电机零件损伤的微量金属屑及其化合物。

      积炭的成分很复杂，其中以不易挥发的成分居多，如沥青、焦油等。柴油发电机工作温度越高，易挥发物质含量越低；不易挥发成分的含量越高，则形成的积炭层越坚硬越紧密，与金属的结合也越牢固。

      柴油发电机积炭是燃油和润滑油不完全燃烧的产物。它的发生跟燃油和润滑油操作环境要素、相关性能以及本身品质有着密切的关系。因此， 凡是导致燃油不完全燃烧和润滑油非正常进入柴油发电机发热部位的危害因素均是造成积炭形成的缘由。

（1）柴油发电机混合气过浓，柴油发电机供油量过量，空气过滤器或气道阻塞，使空气量的供给减轻，造成空燃比降低，燃油无法完全燃烧，工作过程如图2所示。

（2）点火时刻或供油时间不正确，造成燃烧温度发生变化，难以保证燃油完全燃烧。点火过早， 部分燃烧过程将提前在压缩行程中进行， 使气体压力在活塞到达上止点前就达较大值；油耗增加点火过迟，燃烧步骤将增长在膨胀行程中进行，引起燃烧压力减少，油耗增加。

（3）柴油发电机温度太低，火花塞或喷油器作业不佳，造成雾化或气化不佳，从而使燃油无法完全燃烧。安装时，活塞环对口，扭曲环切槽方向装反活塞环弹性减弱或因损伤使端隙过大活塞环与缸壁配合间隙过大或气缸壁磨耗过甚，造成密封不严，致使机油窜入燃烧室。

（4）气门及气门座圈密封不良，气门杆与气门导管磨耗过甚，间隙过量，从而引起机油进入汽缸以及吸附在气门上。

（5）燃油的品质较差，杂质较多，不符合规定。燃油品质对康明斯发电机组排放污染物有很大程度的危害，其中烯烃与芳烃以及金属类物质增加汽缸中的积碳，使尾气排放增加。空气中含有的细小灰尘颗粒在空气滤芯无法完全滤除，伴随油气一起冲刷气门背部，经长时间冲刷造成细微划痕。细小颗粒与来自油底壳的润滑油储存在划痕中，在发热下形成漆状物，经长时间积累，与混合燃油中的蜡等成分形成积炭。

（6）空载试运行过久使得柴油发电机长时间处于怠速运行状态，导致柴油发电机混合气较浓，当较浓混合气在经过不同宽度、不一样长度及具有一定弯曲弧度的进气歧管时，由于空气和柴油颗粒的密度不同，空气比较容易改变方向， 而柴油颗粒受惯性力的作用则继续向歧管末端运动， 由此造成混合气浓度的均匀性较差，无法保证燃油完全燃烧。

      康明斯发电机组尾气排放的污染物具体指的是CO、HC和NOX等。HC具体指未燃烧完全的燃油碳氢化合物分子。发生的因由是在喷油嘴上因积碳的堆积使喷油雾化不正常，便使HC化合物在燃烧室来不及燃烧就被排出，这样不仅增加了尾气排放，同时还造成柴油发电机作业性能下降。因积碳多常使混合气变浓，燃油不能完全燃烧而生成CO。CO是烃类燃料在燃烧程序中由于缺氧而无法完全燃烧的产物。故而在柴油发电机组正常作业情况下，康明斯发电机组尾气超标，详细起因是排烟机构内有积碳堆积。积炭是不良导热体， 本身的温度较高， 它的存在不但占据一定的空间，而且在发烫下易形成炽热点，致使柴油发电机早燃和爆震，影响柴油发电机的工作性能和使用年限。积炭脱落形成的磨料颗粒造成机件的磨料损伤积炭形成的发烫颗粒会致使柴油发电机提前点火，使柴油发电机供电不足，作业紊乱积炭加载润滑油的污染变质且堵塞润滑油油路，破坏润滑装置的正常工作，从而造成机件的不正常磨耗。对于电控燃油喷射机构，积炭过多还会使节气门位置发生变化，使电脑接收到不当信号，计算出错误的供油量、供油时刻，致使供油过多，油耗升高等。

      积炭具体产生在活塞顶部和燃烧室表面、活塞环槽、气门组件、喷油咀、进气歧管衬垫以及排气管消声器内壁等部位。

      活塞顶部和燃烧室表面积炭后使冷却效果变差，燃烧室容积减轻，压缩比增大，其所形成的炽热面还会导致柴油发电机“ 表面点火”，致使其“ 早燃” 或“爆震”，缩短柴油发电机的使用寿命，使柴油发电机动力性和经济性大大下降。以某四缸机的燃烧室的积碳情况为例，用内窥镜察看四个燃烧室里面不同的积碳情形，如图3、图4所示。

      积炭使活塞环端隙、背隙变小甚至消除，造成活塞环砧结失去弹性，甚至折断活塞环而引起拉缸故障。

      气门及气门座圈工作面积炭，会使气门关闭不严而漏气，发生柴油发电机难启动、作业无力以及气门易烧蚀等不良情形气门导管和气门杆部积炭结胶，将加载气门杆与气门导管的损伤，甚至会引起气门杆在气门导管内运动发涩而卡死，发生粘气门的事故。

      喷油器有积炭，极易堵死喷油泵，减少喷油流量，甚至不喷油，致使喷油压力不足、雾化不好， 造成柴油发电机缺缸运转或突然熄火。

      该部位积炭易造成进气截面降低，混合气较浓，无法完全燃烧，导致柴油发电机排放中的浓度增加。

      如果柴油发电机存在积碳的现状，会使得机油的pH值下降，并失去润滑的功用。还会导致零件出现损伤，从而导致柴油发电机的作业性能下降。柴油发电机积碳存在的影响详细体现在七个方面。因为柴油发电机发生的积碳会在汽缸壁和活塞上附着，从而燃烧室的容积会变少，柴油发电机的压缩比增大。当柴油发电机的压缩比存在过量的情形，同时气门也处于关闭严密的情况下，就会容易致使早燃，并且发生冲击波，从而引起柴油发电机产生爆燃。柴油发电机产生压缩比增大的情形，不仅会导致柴油发电机的供电不足，也会对柴油发电机的其他零件造成破坏，从而致使柴油发电机的使用时限缩短。

      因为积碳是热的不良导体，其导热系数只有铸铁或者铸钢的百分之二。当柴油发电机内的燃烧室以及活塞顶部覆盖了一层积碳的时候，就相当于在燃烧室上覆盖了一层隔热层，柴油发电机在工作的时候所产生的温度就不能迅速散发，从而导致柴油发电机的工作温度上升，危害它的使用时限。柴油发电机出现温度太高的情形会产生其他更多不好的现状，比如会发生早燃的状况，需要操作的燃料量增加。柴油发电机的温度上升还会致使机内的部分零件出现膨胀的情形，破坏了各零件之间的正常间隙，使柴油发电机在工作的时候发生失常的状况，危害其正常功用，并且加剧各零件之间的损伤，致使各零件之间卡死12-8。

      如果柴油发电机内的气门上面存在积碳的现象，会引起气门关闭不严，甚至产生漏气的情形，此时柴油发电机就会出现压缩不佳的状况，导致冷车启动失败，并且起动不稳定。在作业过程中，柴油发电机还会产生气门容易燃着的现象，严重的时候还会影响排烟管的正常工作，出现排黑烟的情形。

      如果柴油发电机内的积碳在气门导管以及气门杆部内产生结胶的情形，就会致使气门杆和气门导管机间的磨损加载，甚至还会引起气门杆在气门导管内出现运动卡死的现象，从而导致气门损坏。

      柴油发电机内的积碳如果过多并且附着在喷油咀的喷嘴头部，会致使喷孔出现堵塞的现状，或者针阀产生卡死的情形，从而导致柴油发电机发生雾化不良的情况。积碳的存在，也会致使柴油发电机出现滴油的现象，使得柴油发电机在启动的时候存在困难，或者产生不完全燃烧的状况。在使用程序中，积碳过多会也会导致柴油发电机的排气管发生放炮或者冒黑烟的状况，甚至还会出现不规则的敲击声。

      柴油发电机内部的零件较多，如果积碳堵塞在活塞环槽内，就会导致活塞环间隙变少，甚至发生无间隙的现象。这个时候就很容易造成活塞环胶失去弹性，甚至致使整个活塞环发生折断的情形。

      当柴油发电机内的积碳堆积在排气道或者排气管内，就会导致柴油发电机内的排烟阻力增加，从而导致缸内排气阻力上升，柴油发电机就会发生排烟不干净，从而致使其在作业时温度上升，功率不足。

      传统排除积炭的方法一般采用机械刮除法和化学除炭法，较新技术为加氢除炭法是更加优秀的方法。

      用机械方式解除积炭时，通常采用铲刀或金属丝在气缸盖、燃烧室表面、活塞顶以及活塞环槽等部位做机械铲除。机械刮除法虽然作业简便，但由于积炭与金属粘结得比较牢固，这种程序很难将积炭解决干净，而且极易在金属表面上留下伤痕，这些伤痕会成为新的积炭中心，导致更加严重的积炭。同时，因为柴油发电机拆卸重新安装后，其动力、密封性能会逊色于原厂，故而一般情况下，清洗发动气缸内的积碳不宜经常进行，否则柴油发电机性能将大打折扣。

      化学除炭法具体是用脱炭剂先将零件上的积炭软化，然后加以清除。这种步骤清除积炭较为彻底，也不会划伤零件表面。

      由于氢气的参与，可以拓宽柴油发电机稀燃极限，危害过量空气系数，进而改进柴油发电机的稀燃性能；在空燃比确定的状况下，随着掺氢比的提升，燃烧连续期会缩短，表明掺氢确实可以提升火焰传播速度；同一空燃比下，掺氢比越高，NOx排放量越大。这是由于氢气的加入提高了燃烧温度，而过热是NOx形成的主要条件；掺氢可减轻HC的排放，这是由于氢气可以提升火焰传播转速，减少淬熄距离，从而减少了不完全燃烧的可能性。C浓度由于氢气的加入而有所减轻也是HC排放下降的一个原由。在过度空气系数小于1.7的区域，掺氢与否对于CO排放的影响不明显，但一旦过度空气系数超过1.7，掺氢越多，CO排放越低。这归功于氢气良好的燃烧特征，特别是在稀燃料的情形下。总而言之，通过柴油发电机掺氢燃烧，改善了柴油发电机燃烧特性，促进了混合气的完全燃烧，提升了火焰的传播速度和燃烧温度，火焰热量集中，燃烧转速快，穿透力强，促进了积炭的剥离与燃烧。对除炭试验表明，通过将分离产生的氢气引入康明斯发电机组，对积碳进行物理去除与传统操作化学催化剂的清洗相比，更环保、更便捷、也更加彻底。

      为了让柴油发电机发挥较强效果，建议经常给柴油发电机加注全新康明斯的润滑油，它在柴油发电机内能够润滑机械部件，能抑制磨耗，把积碳带走。

      所有柴油发电机都有燃油系统，这是康明斯燃油运转较重要的部分，建议定期把燃油系统的碳颗粒清理干净，以免危害发电机的正常运转，减小积碳的产生。除碳效果如图5所示。

      机油过滤器的功用是过滤机油，将杂质、沉淀物和碳渣过滤出来，以确保柴油发电机可以正常作业，建议定期替换机油滤清器，消除润滑系统中积存的碳颗粒。更替流程如图6所示。

      柴油发电机在作业的流程中，受到各种条件的影响，生成积碳的现象是不可防止的。作业人员该当结合柴油发电机积碳生成的缘由来采取相应的办法，从而减小积碳的生成。在购买柴油牌号的时候，作业人员要结合较低的气温来选取。通常情形下柴油的零点要比当地当月的较低气温低4℃～6℃，所选取的柴油要保证在较低气温的时候无法产生凝固或者结蜡的现象。当地区较低温度在4℃以上，通常选型零号柴油。当较低温度是处于-5℃以上的地区，通常购买-10号柴油。当地区较低温度位于-5℃～-14℃，所实用的柴油是-20号柴油。当地区的较低温度处于-14℃～-29℃，所选用的柴油是-35号。一般情形下，在选取合适的柴油牌号时，应该是从该年的十月份到次年的五月份期间购买-35号柴油，其他的时间段可以操作零号柴油。

      在运行流程中要加强对机油压力以及温度变化的监控，避免柴油发电机出现过热作业的现状，保证柴油发电机不处于超负载的作业状态。当柴油发电机出现停机的情况时，作业人员要先卸除负荷，然后再减轻油门，怠速运转两分钟后再停止柴油发电机的运行。当柴油发电机处于低温的情形下，预防柴油发电机发生过冷工作的状态，作业人员每天在首次操作柴油发电机的时候，一定要保证柴油发电机的油门处于怠速。当柴油发电机起动正常之后，要先对柴机油压力进行检测，等机油压力显示正常后才能对机内的速度进行增强，从而保证发电机的正常运行。当发电机处于正常运行的状况下，工作人员可以用中等的转速来对柴油发电机进行预热，当柴油发电机内的温度升高到40℃之后才能进行负载运转。

      柴油发电机在作业步骤中积碳状况是不可防范的，如果柴油发电机内积碳过多，会危害柴油发电机的正常运行，甚至造成比较严重的事故。为了保证柴油发电机的正常运行，作业人员要做好对柴油发电机的检查和维保，论说积碳形成的原因，及时清除存在的问题，从而延长柴油发电机的使用时限。以上就是针对康明斯发电机组积碳清理较佳方式的推荐，建议在柴油发电机积碳清理中加以操作，令柴油发电机运转更加顺畅，柴油发电机终生可靠。