导读
柴油机排气温度，反映负荷和燃烧质量，影响柴油机可靠性和经济性，是分析柴油机性能的重要参数。
本文所指排气高温，是柴油机可继续运行，但排气温度接近或超过说明书允许的最高值。
柴油机排气高温是常见故障，可分为整机各缸同时排气高温和个别缸排气高温，根本原因是燃油燃烧不良，包括燃烧过程安排不合理和燃烧条件不良。
本文的讨论，针对运营中的既定柴油机：
★二冲程，直流扫气，可倒车；
★高压油泵和排气阀均由凸轮轴驱动；
★定压增压， 废气涡轮压气机与活塞下部空间串联，其间有空气冷却器；
★不定速，飞重式调速器调速；
★燃用燃料油。
一、燃烧过程——喷油定时
燃油在柴油机中的燃烧过程一般可人为的划分为滞燃、速燃、缓燃、后燃等四阶段，见图1。
（1）滞燃阶段（滞燃期）
滞燃阶段， 是燃烧前燃油的一系列物理和化学准备阶段，自喷油始点（A）燃油雾化进入气缸（未燃烧）开始，至燃烧始点（B，着火点）燃油被点燃止。
滞燃期长，则着火点（B）后移，整个燃烧过程推迟，且后燃增加，排气温度高；而且滞燃期生成的可燃混合气数量大，到达着火点瞬间全部燃烧，缸内压力突然增高，曲线上表现为BC段特别陡峭且最高压力点（C）过高，柴油机工作粗暴。
滞燃期既然自喷油始点（A）至燃烧始点止，调节滞燃期就有改变喷油始点和改变燃烧始点两种方法。
喷油始点，取决于喷油提前角，可以直接调整。
喷油始点（A）后移，则整个滞燃阶段随之后移，不仅推迟着火点（B），而且整个燃烧过程后移，排气温度升高。
若着火点（B）后移至上止点后，即滞燃期的后期活塞下行缸内空间增大，缸内温度与压力降低，滞燃阶段更长，后燃更严重。
燃烧始点，燃油完成一系列燃烧的物理和化学准备后开始被点燃。
很明显，着火点不可直接调节，只能：
★随喷油始点变化；
★取决于滞燃期长短，即取决于燃油燃烧条件。
滞燃期长短，取决于当时气缸内物理、化学环境，即燃烧条件，影响因素甚多，留待下面逐一讨论。
（2）速燃阶段
速燃阶段，从气缸内燃油发火燃烧开始 （着火点B）到出现最高压力点（C），其间还有燃油雾化喷入。
速燃阶段开始，滞燃阶段完成燃烧物理和化学准备的燃油瞬间全部燃烧，还烧掉陆续喷入气缸的燃油，缸内压力迅上升至最高压力，几乎是等容燃烧。
速燃阶段的长短，取决于：
★缓然阶段的起始点，即滞燃和速燃阶段的长短，以及燃烧准备质量和燃烧质量；
★继续喷入的燃油量，以及
★燃油的燃烧条件。
显然，速燃阶段不可直接调节，除滞燃期长短和喷油量外，可控因素还有燃烧条件。
（3）缓燃阶段
缓燃阶段，从气缸内工质出现最高压力点（C）到最高温度点（D）。
喷油终点可能延长至缓燃阶段的前期。
缓燃阶段，燃烧室内已充满正在燃烧的火焰和燃烧产物，继续喷入的燃油也立即蒸发燃烧，燃烧速度仍然很快，工质温度迅速上升至最高温度；但活塞下行，气缸容积扩大，工质压力逐渐下降。
缓燃阶段的长短，取决于：
★缓燃阶段的起始点，即滞燃和速燃阶段的长短，以及燃烧准备质量和燃烧质量；
★继续喷入的燃油量（喷油终点），以及
★燃油的燃烧条件。
显然，缓燃阶段可调节的只有喷油终点和燃烧条件。
若高压油泵不具有终点调节功能，可控制因素只有燃烧条件。
（4）后燃阶段
后燃阶段，自最高温度点（D）至燃烧终点（E）。
后燃阶段，燃油不再喷入，部分来不及完全燃烧的燃油继续燃烧，但活塞下行速度越来越大，缸内空间增加越来越快，缸内温度和压力降低越来越快，越来越不利于燃烧，当然越短越好。
后燃阶段直接影响排气温度，其长短取决于：
★滞燃阶段、速燃阶段和缓燃阶段的长短，以及燃烧准备质量和燃烧质量；以及
★燃油的燃烧条件。
显然，后燃阶段不可直接调节，可控因素只有燃烧条件。
综合对燃烧过程的分析，可知：
★燃烧过程，影响排气温度。
★可直接调节燃烧过程的参数只有喷油始点（A）和喷油终点（若高压油泵具有终点调节功能），其他参数都不可直接调节。
★燃烧条件是重要的可控因素。
可知，导致排气高温的因素之一——喷油定时（始点和终点）滞后。
二、燃油品质——燃烧条件之一
燃油的性能影响燃烧。
重质燃油含碳量大，挥发性物质含量少，较难燃烧，燃烧前一系列物理和化学准备也需要更多空气、更高温度和更长时间。
通常用“计算碳芳香烃指数”（Calculated CarbonAromaticity Index）作为重质燃油燃烧性能的重要指标，大于870，滞燃期会很长，燃烧困难，排温升高。
可知，导致排气高温的因素之二，燃油品质不良。
三、燃烧的燃油量
（负荷）——燃烧条件之二
柴油机负荷表现为每一循环喷射、燃烧的油量。
负荷高，燃烧的油量多，虽然废气能量大，增压压力高，扫气质量好，过量空气系数大，有利于燃烧，降低排气温度；但是油量多，滞燃期长，推迟燃烧过程，提高排气温度。
后者影响比较大，综合作用结果还是排气温度提高。
尤其是超负荷，增压器可能因离开最佳能量匹配而效率下降，空气供应量反而相对减少（过量空气系数下降），排气温度升高，还可能引起增压器喘振。
可知，导致排气高温的因素之三，负荷高。
另一方面，负荷过低，排气能量少，增压压力低，则扫气压力低，扫气不良，废气残留，过量空气系数下降；而且压缩终点温度低，滞燃期长，着火点和整个燃烧过程后移，排气温度也会相应提高，但不会导致本文讨论的“接近或超过说明书允许的最高值”。
四、 扫气空气（重）量
——燃烧条件之三
空气越多即过量空气系数大，燃烧越快也越完全，而且加快燃烧前燃油的一系列物理和化学准备 （缩短滞燃期）。
空气量不足必然导致燃烧不良，排气高温。
扫气，应尽可能多地提供空气，同时尽可能多地驱除缸内废气。
影响扫气空气重量的因素，有扫气流路径（取决于扫气口、活塞顶、缸头等的几何形状，既定柴油机不会变化，本文不讨论）、扫气空气压力和温度、排气阀定时等。
1、扫气压力
扫气压力，指进入气缸的空气压力。
扫气压力高则空气密度大，缸内空气重量增加。
影响扫气空气压力的因素，包括柴油机排气能量、废气通道（含废气涡轮）的技术状态、增压空气通道（含压气机）的技术状态等。
（1）柴油机排气能量
排气能量低，增压压力低，导致扫气压力低，过量空气系数低，排气温度升高。
排气能量取决于柴油机负荷（燃油量），见“3 燃烧的燃油量（负荷）——燃烧条件之二”。
（2）废气通道（含废气涡轮）的技术状态
废气涡轮技术状态不良，势必减少废气涡轮输出功率，因而减少压气机输出空气重量。
废气流道阻力增大，则排气背压高，排气量少：
★扫气压力降低，空气量减少，排气温度升高；
★缸内残留废气增多，下一循环燃烧不良，排气温度升高。
可知，导致排气高温的因素之四，扫气空气重量，包括废气通道（含废气涡轮）的技术状态不良。
（3）增压空气通道技术状态
增压空气流道技术状态不良，必然减少压气机输出空气重量：
★压气机技术状态不良，必然减少空气供应量；
★增压空气流道阻力增大，不仅减少扫气空气的体积流量，且降低进入气缸的扫气空气压力和密度，因而降低扫气空气重量；
★增压空气通道漏泄，必然降低扫气压力和扫气空气密度，降低扫气空气重量；
★口琴阀故障，增压空气不能通过或流量减少，或增压空气倒流，导致相关气缸扫气压力降低。
可知，导致排气高温的因素之五，增压空气通道技术状态不良。
2、扫气空气温度
扫气空气温度高，虽然压缩终点温度高，有利于缩短滞燃期，但进机空气密度下降，重量减少，过量空气系数降低，不利于燃油燃烧，延长整个燃烧过程，致使排烟温度升高。
有关试验数据表明，进气温度增加1℃，排气温度增加3℃。
影响扫气空气温度的因素，可能有：
★增压压力升高，则增压空气温度增高，见“扫气空气压力”。
★环境温度高， 包括机舱空气温度高则压气机吸入空气温度高导致增压空气温度高；舷外水温度高则空冷器冷却水温度高，导致扫气温度高。
★空冷器，因传热不良而冷却不充分，导致扫气温度高。
可知：导致排气高温的因素之六，环境温度高；导致排气高温的因素之七，空冷器的冷却不良。
3、排气定时
排气定时改变，实际情况多是滞后而不是提前。
排气阀开启持续时间不变，延迟开启必定延迟关闭（不包括新型智能柴油机采用电子技术控制）。
排气阀开启晚，虽然工质膨胀充分，排气压力低因而排气温度降低；但排气能量小，增压压力低，导致下一循环扫气不充分，废气残留多，反而空气量少，不利于燃烧，排气温度高。
排气阀关闭相应推迟，虽然废气残留少，但下一循环空气量也少，且压缩起点后移，压缩终点压力和温度低，不利于燃油燃烧前的一系列物理和化学准备 （滞燃），着火点和整个燃烧过程后移，排气温度升高。
两者综合，都减少空气量，致使排气温度升高。
可知，导致排气高温的因素之八，排气定时滞后。
五、压缩终点压力和温度
——燃烧条件之四
柴油机的压缩近似绝热压缩，压缩终点压力越高温度也越高。
压缩终点的温度，是燃油燃烧前的一系列物理和化学准备（滞燃）的重要物理条件，而且必须达到发火温度，燃油才可能燃烧。
压缩终点的温度低，则燃油燃烧前的一系列物理和化学准备（滞燃）所需时间长，着火点和整个燃烧过程后移，排气温度高。
影响压缩压力的因素，包括：
★几何压缩比——取决于设计的缸径冲程比。本文针对既定柴油机，不作讨论。
★排气定时——已如前述。
★缸套冷却水温度——变化不大，影响也不大。
★气缸密封程度——排气阀、活塞环与缸套间、活塞环与环槽间等的漏泄，都只与零件技术状态有关，显而易见。
此外，气缸润滑不良会加重活塞环与环槽间的漏泄气缸漏气，但不会在短期内导致排气温度过高。
可知，导致排气高温的因素之九，气缸密封不良。
六、燃油雾化质量
——燃烧条件之五
燃油雾化质量，包括雾滴直径和雾花长短/粗细：
★雾滴直径大，单位体积（重量）燃油的表面积小即蒸发面积小，导致油雾吸热和气化过程减缓，且不利于与空气混合，滞燃期长，排气温度高。
★雾花（长短/粗细）不能均匀布满燃烧室，不利于油雾与空气充分混合，滞燃期长，排气温度高；但若雾花过长，燃油喷在缸壁和活塞头上，不仅进一步延迟燃烧，而且烧蚀缸壁和活塞头。
影响燃油雾化质量的主要是燃油雾化时的黏度（温度）和喷油器技术状态。
（1）燃油黏度，随温度变化，温度越高黏度越低。
（2）喷油器技术状况不良，燃油雾滴直径大，雾花在燃烧室分布不广和不均匀，延长滞燃期和整个燃烧过程，后燃严重甚至不完全燃烧的燃油在排气管中二次燃烧，排气温度高。
（3）高压油泵故障，喷射压力不足。
可知，导致排气高温的因素之十，燃油粘度高；导致排气高温的因素之十一，喷油器技术状况不良。
七、排气温度过高的故障点
综合上述，导致排气高温的因素，共有十一项：
第 1 项，喷油定时滞后，
第 2 项，燃油品质不良，
第 3 项，负荷高，
第 4 项，废气通道（含废气涡轮）的技术状态不良，
第 5 项，增压空气通道（含压气机、口琴阀）技术状态不良，
第 6 项，环境温度高，
第 7 项，空冷器的技术状态不良，
第 8 项，排气定时滞后，
第 9 项，气缸密封不良，
第10项，燃油雾化时的粘度高（温度低），
第11项，喷油器技术状况不良。
常见的排气高温故障，有各缸排气温度普遍过高和个别缸排气温度过高两种情况。
为便于采取针对性措施，分别分析这两种排气高温的故障点。
1、各缸排气温度普遍过高的故障点
第 9 项气缸密封和第 11 项喷油器，各缸独立，不会各缸同时技术状态不佳而导致各缸排气温度普遍升高；其它 9 项同时影响各缸，都可能导致各缸排气温度普遍升高。
第 1 项， 喷油定时滞后——导致整体机喷油定时滞后，可能有以下原因：
★曲轴与凸轮轴的链传动错位；
★凸轮轴上齿/链轮与凸轮轴连接滑移；
★某些机型换向不到位；
★凸轮轴间连接滑移（相邻数缸排气高温），等。
第 2 项，燃油品质不良——导致燃油品质不良，可能是：
★燃油质量本来就不好，
★不相容燃油相混（不相容可能导致析出、沉淀和改变燃烧性能），
★燃油因在船存储时间过长而变质，
★燃油预处理不当，等。
第 3 项，负荷高——整机负荷增加的原因可能有：
★航行阻力增大，例如吃水过大、纵倾不适当、顶风、严重污底、航道过浅、拖锚航行等；
★机器故障，例如拉缸、抱轴、减缸航行等；
★操作不当，例如从停车或低速突然大油门加速、快车航行突然立即快倒车等；
★调速器故障；
★调油传动机构故障，等。
第 4 项，废气通道（含废气涡轮）的技术状态不良：
★废气涡轮技术状态不良，通常是污染物减少进口隔栅、喷嘴环、透平叶片等通道的面积，喷嘴环叶片缺失，透平叶片变形，气封漏气等。
★废气通道的技术状态不良，通常表现在污染物减少排气支管和/或总管、废气锅炉烟道等通道面积。
第 5 项，增压空气通道（含压气机和口琴阀）技术状态不良：
★压气机技术状态不良，可能是污染物减少吸入滤器、叶轮等通道的面积，叶轮叶片变形，气封漏气等。
★增压空气流道阻力增大，通常表现为油泥附着于压气机吸入滤器、空冷器的空气通道等，不完全燃烧产物甚至可能沉积在气缸的扫气口。
★增压空气通道漏泄，可能在活塞杆填料函、泄放阀、辅助鼓风机的单向阀、扫气箱安全阀等处。
★各缸口琴阀同时粘着不能开启或开启不全或关闭不全（倒流）的可能性极小。
第 6 项， 环境温度高——环境温度高，是自然现象。
机舱空气温度高，还可能是机舱通风不良，可开足各机舱风机，压气机附近的风口对准压气机吸风口。
第 7 项， 空冷器的技术状态不良——空冷器传热不良，可能气侧被增压空气中的油雾污染，水侧被冷却水积垢污染和/或杂物阻塞。
第 8 项， 排气定时滞后——各缸同时排气阀定时后移，可能有以下原因：
★曲轴与凸轮轴的链传动错位；
★凸轮轴上，齿/链轮与凸轮轴连接滑移；
★（某些机型）换向不到位；
★凸轮轴间连接滑移（相邻数缸排气高温），等。
第 10 项，燃油雾化时的黏度低，可能因为：
★加热蒸气不足；
★黏度计故障；
★燃油伴行加热管不畅通，等。
2、个别缸排气温度过高的故障点
第 2 项燃油品质不良、第 4 项废气通道（含废气涡轮）的技术状态不良、第 6 项环境温度高、第 7 项空冷器的技术状态不良和第 10 项燃油雾化时的粘度高等五项， 皆同时影响各缸，不会导致个别缸排气温度升高；可能导致个别缸排气温度升高的是其它 6 项。
第 1 项，喷油定时滞后
个别缸喷油提前角减小，故障点可能在：
★燃油凸轮相对凸轮轴滑移；
★高压油泵顶升机构总高度减少；
★高压油泵故障；
★高压油管与喷油器和/或高压油泵接头渗漏；
★喷油器（针阀、针阀与套筒、喷油嘴与喷油器结合面）渗漏，等。
第 3 项，负荷高——个别缸供油量增大，超负荷，排气高温，可能是：
★燃油凸轮相对凸轮轴滑移；
★调油传动机构故障；
★高压油泵故障（油量齿条调整不当或卡住）等。
第 5 项，增压空气通道（含压气机、口琴阀）技术状态不良——只有个别缸口琴阀技术状态不良会导致个别缸排气温度过高。
个别缸口琴阀技术状态不良，可能有：
★粘着，不能开启或开启不全；
★关闭不全，增压空气倒流，等。
第 8 项，排气定时滞后
个别缸排气阀定时后移，可能因：
★排气凸轮相对凸轮轴滑移；
★排气阀顶升机构故障导致总高度减少；
★排气阀与其摇臂和顶杆配合失当；
★排气阀复位弹簧失效，或空气弹簧失灵；
★液压驱动排气阀的液压驱动系统 （驱动泵/液压油管/液压缸）漏泄，等。
第 9 项，气缸密封不良
主要是排气阀、活塞环与气缸之间、活塞环与环槽之间漏泄，以及活塞头部烧蚀、气缸过度磨损等。
单缸排气温度突然升高，最常见原因是：
★活塞环断裂，
★缸套磨损（直径、不园度等）超限，
★排气阀关闭不严（烧蚀、碎裂、搁住、卡死），等。
第 11 项，喷油器技术状况不良——喷油器各缸独立，技术状态各不相同，喷油器技术状况不良是个别缸排气温度过高的最常见的原因。
常见故障点是：
★启阀压力低（弹簧失效或调节不当）；
★针阀咬死或不灵活，二次喷射；
★喷孔阻塞，滴漏，等。
此外，还必须考虑高压油泵故障。
八、管理建议
为减防止和及时发现排气温度过高，建议采取以下管理措施。
（1）燃油
★选择知名度高的供应商提供，
★加装前验明燃油性能，避免不同性质和牌号的燃油混装，
★在船储存时间尽可能短，
★适当使用添加剂，誗尽可能净化，
★坚持使用黏度计，自动保持适当的进机温度（黏度），保持报警装置正常。
（2）相关零件和部件，定期检查、清洁和保养，保证它们处于良好技术状态。
（3）相关间隙和定时，定期检查、调整，保证它们尽可能接近最佳值。
（4）监测仪表，按计量法保养、维护、校验，及时更换不合格者。
（5）规范操作：
★避免超负荷。
★严格控制相关参数， 保持各缸排气温度差值在说明书规定范围（一般不大于50℃）。
★机舱环境温度过高，可开足机舱通风机，并让压气机吸风口附近的通风机对准吸风口。
★柴油主机负荷长期低于50%的船舶，尤其需保证辅助鼓风机持续运转。
（6）严密监测，及时发现异常及时处理。
（7）按规定做好各种检修纪录及运行状况记录。
（8）排除故障时，应综合分析故障现象，按可能性大小列出全部可能的原因，从易到难逐一排查。
高压油泵或其顶升机构、喷油器、排气阀顶升机构等结构复杂部件不易及时排除的故障，只要确认，应先整台更换用备品保证航行，然后再检查修理故障部件。
本文转载自：船机帮
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