ISBe柴油发动机冒黑烟的原因及治理方法

ISBe柴油发动机冒黑烟的原因及治理方法 一、概述

ISBe 发动机是根据全球几大原始设备制造商：IVECO-New Holland – Cummins 达成的协议开发项目的结晶。它采用博世高压共轨燃油系统 喷油电子控制，实现发动机运行全程范围内最佳燃烧状态，提供最佳经济性与动力性。 发动机性能优异 每缸4气阀设置，空气燃烧比达到（17：1），大大提高发动机性能；空空中冷器降低进气温度；霍尔塞特废气旁通式涡轮增压器提高低速扭矩。发动机采用全电控,最低使用成本与最少维修保养时间经济性大大领先于竞争对手，降低了运营成本。后置齿轮传动系,大大降低发动机噪声。梯形整体铸件结构降低噪声减少震动。故障自动诊断 安全使用20万公里无须调整,60万公里的大修周期。这就是现在北京公交所采用的公交车车用发动机之一，它具有：最佳经济性与动力性、低噪音、低排放、低速高扭等优点。正好适合公交当今所需。虽然此发动机具有最佳的经济系与动力性、低噪音、低排放和低速高扭的优点。但如果使用或保养不当他仍然会出现柴油机共有的排放冒黑烟故障，及对排放故障的治理问题。这要从柴油机的尾气排放物说起。对于柴油机来说，污染物质是不完全燃烧的产物、未燃物质、高温下燃料裂解聚合产物、高温下氮与氧反应的产物。其危害物除CO、HC、NOX外，还有颗粒物、多环芳香族碳氢化合物、臭味、硫化物、蓝白烟等。NOX和颗粒物是其最主要的污染物。

二、柴油机颗粒物分类及生成机理

柴油机排烟有白烟、蓝烟、黑烟三种，它们都是由悬浮在排气中的液态和固态颗粒所引起的。白烟一般是直径在1цm以下的微粒，多在寒冷天气、冷启动和怠速工况下因气缸中温度较低发火不良，燃油不能完全燃烧，则以液滴颗粒状态下排出而形成白烟。蓝烟是燃油或润滑油在几乎没有燃烧或部分燃烧而处于分解状态下的液态微粒的排出物，是直径更细小（在0.4цm以下）的粒子。黑烟通常是在柴油机大负荷时产生。此时，由于喷入的燃料较多，混合气形成不均匀，不可避免地出现局部空气不足的燃烧，燃油在高温缺氧的条件下，易于裂解，聚合形成碳烟。柴油机排放的黑烟是一种聚合体，85％以上是碳，还有少量的氧、氢、灰分和一系列多环芳香烃化合物。黑烟有臭味并形成烟雾。

三、冒黑烟故障原因的确认及排除方法

综上所述，柴油机冒黑烟故障的可能原因很多，但对于一台柴油机来讲，出现冒黑烟故障的原因可能只是其中的一个因素。如何判断和确认柴油机冒黑烟产生的具体原因，是排除该故障的关键所在。原因找到了，故障也就排除了。

柴油机冒黑烟故障产生的影响因素下列因素均可能造成柴油机冒黑烟：第一，进气系统问题：空气滤芯质量问题；进气管阻力问题；进气温度过高问题。第二，供油系统问题：喷油提前角不正确，提前角偏大或提前角偏小；喷油泵柱塞或出油阀磨损严重；喷油器（嘴）问题：喷油嘴雾化不良、卡死或滴油严重或喷油压力不正确。第三，燃烧系统问题：汽缸压缩压力不足、活塞顶间隙太大、气门密封不严、气门座圈凹入过深；气门间隙不对。第四，排气系统问:题消声器问题；排气管阻力问题；第五，其它因素:燃油质量问题；环境因素问题；设备匹配问题。

四、ISBe柴油发动机机冒黑烟故障原因的确认和排除方法 （一）进气系统

进气系统故障可造成ISBe 柴油发动机气缸进气量减小，使空燃比降低，可燃混和气中柴油比例加大，不可避免地出现局部空气不足的燃烧，燃油在高温缺氧的条件下，易于裂解，聚合形成碳烟，连续性排出。同时还会出现下列故障现象：柴油机动力不足、油耗增加、经济性能下降。故障排除方法如下： 1、空滤过脏或进气管路脏堵问题

进气系统阻力超出技术规范（最大进气阻力：新空气滤芯254mmHg、旧空气滤芯635mmHg）。检查进气系统是否阻塞。如有必要，清洗或更换空气滤清器和进气管。

（１）空气滤芯问题如果空气滤芯脏污或使用了劣质空气滤芯，均可能造成近期阻力增加， 使进入气缸的新鲜空气量减少，导致柴油机冒黑烟。如果柴油机原来不冒烟，在更换了空气滤芯后烟度增加，则说明空气滤芯质量有问题。

（２）进气管问题如果进气系统堵塞或管道太长，均可能增加进气阻力。进气阻力太大，会造成柴油机冒黑烟。如果进气温度过高，同样会造成柴油机冒黑烟。进气系统故障除了造成柴油机冒黑烟外，还有下列现象：柴油机动力不足、柴油机油耗增加。

确认是否是由于进气系统故障而造成柴油机冒黑烟的基本方法是：

空气滤芯阻力：启动柴油机低速运转，拆掉空气滤芯（包括外芯和内芯），然后观察排气烟度的变化，如果去掉空气滤芯后，柴油机烟度减少，则说明空气滤芯有问题．如果确认空气滤芯质量没有问题时，可以进一步检查进气管阻力。

进气管阻力：拆开柴油机自身进气管外的进气管接口，使空气直接进入柴油机进气管，然后启动柴油机低速运转，观察排气烟度。如果烟度减少，则说明进气系统阻力太大。

排除方法：更换新的、优质的空气滤芯，疏通进气管和排除对进

气管道的加热现象。 特别提示：柴油机在无空气滤芯的情况下不能长时间运转，特别在野外环境条件恶劣时更加如此。 2、增压器及增压管路问题

如增压器出现叶轮卡死现象就会造成气缸进气量减小，降低空燃比造成冒黑烟故障，同时也可造成行车无力。增压管路泄漏也可造成上述故障。空-空中冷器（CAC）散热不良使发动机进气温度升高（最大进气温度：160摄氏度、最大排气温度：46摄氏度）也可造成发动机冒黑烟。按排除法排除故障，其排除方法是：

（1）检查空一空中冷器有无裂纹、损坏，散热片和焊接点有无撕裂、断裂等。用压缩空气吹净散热器外部的碎屑，清洗空一空中冷器内部。

（2）压力测试。用零件号ST—1111-3的水银压力计测量空一空中冷系统的压降。将水银压力计一端安装在涡轮增压器压气机出口弯管的1／8in接头上，而另一端安装在进气歧管上。如果压差超过152mmHg。应检查空一空中冷器及其管道是否堵塞或损坏。如有必要，应进行清洗或更换。

（3）也可以用另一方法进行压力测试。采用两只零件号为ST一1273的压力表，在同一压力源206kPa下检查两只压力表的压力是否一致。测试时，一只压力表安装在增压器压气机出口弯管的1／8in接头上，另一只压力表装入进气歧管中。在额定转速和负荷下运转发动机，记录两只表的读数。如果压差超过152mmHg，应检查中冷器及其管道是否堵塞或损坏。如有必要应清洗或更换。

（4）泄漏测试。为防止测试过程中管塞喷出造成人身伤害。在管塞上安装一条金属链，金属链与散热器总成上螺栓相连。在中冷器的出口侧安装一个管塞或盖，在中冷器进口侧安装一个压力表和带有切断阀的可调压的车间压缩空气供应管。向中冷器加压，直到压力表读数稳定在207kPa为止。关闭通向中冷器的空气，同时记录15s的泄漏量．如果15s内压降不超过48kPa，说明中冷器工作正常。如果15s内压降超过48kPa，重新检查所有管接头。向所有接头软管喷洒肥皂水，检查泄漏部位。修复发生泄漏的接头。如果15s内压降超过48kPa，说明中冷器泄漏严重，必须更换空一空中冷器。如果15s内压降小于48kPa，则无需更换中冷器。安装空一空中冷器及其管子。

（5）温差测试。检查中冷器散热片气流是否受阻，并清理汽车散热器前污物。⑩将零件号为：3824963的FIUKe数字式温度计和零件号为3824964的热电偶温度探针装入进气歧管接头中。另一方法是使用INSITE™中的监测模式测试温差。这时在空气滤清器进口安装另一个热电偶，用来测量大气温度。在发动机达到最大功率，车速在

48km/h或超过该车速时进行路试。记录进气歧管温度和大气温度。计算温差：进气歧管温度-大气温度=温差，最大温差AT=28℃。如果温差高于规定值，应检查中冷器散热片上有无污物，应及时清除。

（6）如增压压力还是达不到技术标准就应更换增压器。故障排除。

（二）燃油系统 1、燃油系统概述

康明斯ISBe高压共轨柴油机采用Bosch高压共轨电子控制燃油系统。该系统由四个主要部件构成，即燃油齿轮泵(与高压油泵同装在一起)、高压油泵(博世VP44分配式电控泵)、燃油油轨和电磁喷油器。高压油泵向燃油油轨输送高压柴油，但这与发动机转速无关系。高压燃油存储在燃油油轨中，连续不断地向喷油器提供高压燃油。ECM通过控制电磁喷油器的开启来控制发动机的喷油量和喷油止时燃油从ECM冷却板顶部的OEM(原始设备生产厂)管接头流人燃油系统。燃油在流经ECM冷却板时，燃油冷却ECM内部的电子装置。燃油流经ECM之后，流入与高压油泵后部相连的燃油齿轮泵。燃油齿轮泵即输油泵是一个低压油泵，产生80psl～180psi压力的燃油，低压燃油进入燃油滤清器芯过滤，然后进入高压油泵。低压燃油流入燃油控制执行器，它是一个电子控制电磁阀。燃油控制执行器的功能是ECM根据要求的燃油压力开启和关闭电子燃油控制执行器，以控制高压油泵的燃油流量。燃油油轨中的压力传感器感应实际的燃油压力。执行器开启时，供给高压油泵最大燃油量。没有流入高压泵的燃油直接流入分级式溢流阀。分级式溢流阀调节多余燃油润滑燃油泵的燃油量和流回油箱的燃油量。博世VP44型高压油泵是径向柱塞式分配泵，3个径向泵油柱塞使进入油泵的燃油加压到250bar～1400bar之间，经过加压后的燃油流入油轨。

2、燃油系统冒黑烟故障排除思路

在排除燃油系统故障前，一定要保证低压供油系统无密封不严的故障（低压管路进气）。因为低压系统进气会造成供油系统的供油偏差，从而出现冒黑烟故障。进气严重时会造成发动机工作粗暴、不好着车。其故障排除方法如下：把零件号为3164044的观察玻璃管安装在低压管路上，观察进气部位故障点确定后进行维修或更换。然后启动发动机并高怠速运行一分钟，观察是否还有气泡产生。直到无气泡产生为止。

（1）执行器故障。如执行器出现故障发动机工造噪音会加大，同时伴有冒黑烟现象。红色故障报警灯点亮。其排除方法是：将钥匙开关转到“OFF”（断开）位置。 从电子燃油控制执行器上断开发动机线束。检查电子燃油控制执行器和发动机线束接头是否有触针腐蚀

、触针弯曲或折断、触针缩进或伸出、接头内或表面有湿气、接头密封件丢失或损坏、接头触针有污垢或碎屑，并查看有无损坏的触针。如有问题，就应维修损坏的触针。冲洗接头触针上的污垢、碎屑或湿气。只要触针损坏，就要维修或更换发动机线束或更换电子燃油控制执行器。如完好就应进行下一步连接所有部件。 将钥匙开关转到“ON”（接通）位置。起动发动机，并且让它怠速运转1分钟。 使用 INSITE™读取故障代码。如故障代码 271 起作用将钥匙开关转到“OFF”（断开）位置。 从电子燃油控制执行器上断开发动机线束。检查电子燃油控制执行器的电阻。 测量电子燃油控制执行器 1 号触针至 2 号触针的电阻。其阻值应在1.0 至 2.2 欧姆。如超出范围值就应更换执行器。

（2）燃油管路泄路故障。燃油管路泄漏会造成共轨压力发生偏差，从而影响发动机供油精度从而影响空燃比，造成冒黑烟故障。排除方法是：使用INSITE™连接发动机使用泄漏测试选项测试发动机供油系统的泄漏情况。在测试前应清洁燃油系统上的油污。在测试中要远离发动机确保人身安全（因为在测试中系统油压非常高，有可能出现故障点爆裂现象）。测试完后检查泄漏点并进行维修排除故障。

（3）喷油器故障。康明斯ISBe、(4缸机)和ISBe(4缸和6缸机)发动机采用电磁喷油器。高压柴油进入喷油器侧，电磁阀被激活，带动针阀升起，喷出柴油。喷嘴孔很小，脏物或污物会使喷嘴阻塞导致针阀卡滞．在进行维护作业前，应先清洗周围所有管接头，并应将燃油管接头罩住。燃油系统各连接螺栓、螺母应当按规定扭紧力旋紧，防止漏油。燃油连接件带有一个边缘滤清器，它用于分解燃油系统的小污染物。所有喷油器与缸盖上的公共回油管相连，泄漏的燃油通过回油管流回油箱。高压油泵中多余燃油也通过回油管流回油箱。ECM通过控制喷油器电磁阀的开闭来控制发动机的供油量和供油正时。ECM向电磁阀发送脉冲信号，提升针阀，开始喷射燃油；同时，ECM控制喷油器实现多次燃油喷射。

车辆喷油器滴油故障现象是冒黑烟并且工作粗暴，黄色故障报警灯点亮。用电子服务工具读出故障代码。如出现故障码：1141此故障代码可能由喷油器故障或损坏引起的持续喷油导致。如果喷油器喷嘴断裂或卡在开启位置，则该汽缸会持续喷油。如果发生这种情况，将听到发动机敲缸声，发动机可能停转且不能起动。此外，在起动情况下，将出现燃油油轨压力低和大量排气冒烟现象。如果发现喷油器故障由此故障代码引起，可能发生燃烧室累进损坏。

排除步骤：将钥匙开关转到“ON”（接通）位置。连接 INSITE™ 服务软件。检查是否有非现行故障代码。使用INSITE™读取故障代码。如故障代码 1141 现行或非现行高频计次、说明二缸喷油器可能有

故障。将钥匙开关转到“OFF”（断开）位置。检查有无卡在开启位置的喷油器（检查有无滴油现象的喷油器）。使用燃油系统泄漏测试阻塞工具（零件号 3164325）堵塞流向 2 号喷油器的燃油。起动发动机，并怠速运转 1 分钟。查看故障现象是否好转，如好转就是说明二缸喷油器就是故障点所在。说明喷油器电磁阀卡在开启的位置。更换喷油器总成排除故障并消除非现行故障码。 （三）排气系统

排气系统阻力超出技术规范。检查排气系统是否阻塞。判断方法：如果排气系统安装不合理，比如排气管过细、过长或消声器不合适等，均可能增加排气阻力，使柴油机排气不畅，导致柴油机冒黑烟。如果需要更换排气系统零部件（排气连接管路和消声器），一定要选用于原排气系统相适应且匹配的同类产品，排气连接管直径绝对不能小于原管直径，消声器的排气通过量不能低于原消声器的许用通过量，且背压（消声器排气阻力）不能高于原有允许数值。在通常情况下，如果未对排气系统进行改造，一般不会产生排气背压超标的问题。如果排气系统有问题，柴油机除了冒黑烟外，还有下列现象：柴油机功率不足、柴油机排气温度高、燃油消耗量可能增加。

确认排气系统是否存在问题的基本方法是：拆掉排气管，启动柴油机低速运转，观察各缸排气口烟度，如果此时烟色正常，则说明柴油机自身没有问题。然后装上排气管，启动柴油机在相同转速下低速运转，观察排气管出口烟色，如果烟度较大，则说明排气系统有问题。

排除方法：在确认排气系统有问题之后，需要对整个系统进行改造，更换消声器，选用排气通过量较大且排气背压较小的消声器；更换柴油机排气管出口与消声器之间的连接管， 选用直径较大的排气直管且大圆弧过渡，减少直角过渡。 （四）配气系统

气门间隙不正确，影响柴油机配气正时，即气门该打开时未打开，该关闭时未关闭，直接影响柴油机的进气量，降低了柴油机的过量空气系数，造成柴油机油气混合物过浓，燃油燃烧不完全、不充分，柴油机冒黑烟。气门间隙不正确除了使柴油机冒黑烟外，还有下列现象：柴油机动力不足、柴油机可能启动困难、可能有强烈的金属碰撞声。

确认气门间隙是否正确的基本方法是：打开气门室盖，用塞尺检查气门间隙（进气门：0.125-0.381mm、排气门：0.381-0.762mm）。如超出标准就需要对气门进行调整（进气门：0.254mm、排气门：0.508mm）。

（五）车用燃油对排放的影响

1、对微粒排放的影啊

作为微粒核心的碳烟形成条件是高温缺氧。在均匀混合气中，过量空气系数加大到某一个极限值时，就不会形成碳烟，这个过量空气系数的极限值称为不冒烟最小过量空气系数。理论分析柴油机不冒烟的最小过量空气系数为0．34但由于柴油机是非均匀混合燃烧，尽管柴油机总过量空气系数大于1.3但在柴油机燃烧室内局部地区的过量空气系数仍会低于O.34，柴油机中的碳烟是局部地区缺氧形成的。另外，碳烟的形成也受化学反应速率的影响，不冒烟最小过量空气系数在各种燃料均匀混合的试验条件下也都超过理论值。受反应速率的影响，除了燃料的元素组成以外，分子结构对碳烟的形成也起很大影响。一搬来说，分子结构紧密的烃，如芳香烃就比较容易产生碳烟。

2、芳香烃

柴油中的芳香烃比其他组分的密度大，自燃特性差，是燃烧过程中生成碳烟的重要成分。通常直馏柴油中芳香烃的成分很低(一般为20％～25％体积分数)，而催化裂化生产的柴油芳香烃的含量较高(40％～50％)。芳香烃含量高的柴油十六烷值低．因而冷启动比较困难，产生的噪声、HC和NOx排放都很高，微粒排放也会有所增加。这个问题可以通过添加提高十六烷值的添加剂来解决，但是其效果不如直接使用高十六烷值的柴油。过高含量的芳香烃还可能在喷油器或者其他关键部件处形成沉积物，进而影响HC和微粒排放量。

所以使用高质量的燃油对改善发动机排放也能起到一定的效果。 综上所述，只要我们认真熟悉该发动机性能，研究其排放黑烟的故障原因及排除方法，对症治理，就能较好的处理故障，减少冒黑烟故障的发生，对清洁北京的环境做出应有的贡献。