浅析船用中速柴油机冒黑烟及其解决方法

丁乐中 蒋大伟 唐少华

摘 要：本文以某船主机MAN 8L28/32A柴油机为实例，对其启动、合排、加速时冒黑烟的现象进行机理性分析;由于低转速高扭矩的负荷突变工况，增压空气并不能满足柴油机燃烧所需，导致燃烧不良，从而柴油机冒黑烟;文中提供两种有效的调节或者改造方法进而解决了冒黑烟现象，确保柴油机处于良好的运行工况，使得该船能够充分满足节能环保相关规定的情况下运营。

关键词：柴油机 冒黑烟 解决方法

1.引言

船用柴油机在运行期间冒黑烟属于较为常见的现象，尤其是四冲程中速机作为主机在启动、合排、加速时尤为明显，其原因在于船舶配置四冲程中速机作为主机使用时，大多采用减速齿轮箱等部件与定距螺旋桨连接产生输出动力，当柴油机在启动、合排、加速时，柴油機转速与增压器转速不能有效、及时响应，导致柴油机进气压力过低而使得柴油机缸内燃烧不充分，产生冒黑烟的现象。目前节能环保的相关规定在不断出台，例如《关于规范黄浦江水域船容船貌的通告》中明确“不得排放明显可见的黑烟”的相关规定。因此对于船用柴油机在启动、合排、加速时冒黑烟等问题应尽最大可能进行减缓或者解决，做到有的放矢。

2.机理分析

本文以某船主机MAN 8L28/32A 柴油机为实例，在启动、合排、加速时进行冒黑烟分析。MAN 8L28/32A 技术参数如下表1所示，该机通过减速齿轮箱带动定距桨转动，推动船舶航行;该柴油机配置增压器补气系统和Lambda燃油限制器来优化燃烧性能。

船主机在启动时，排烟呈现出轻微的黑烟状态，当处于合排时，冒黑烟现象相对比较严重，转速平稳后，冒黑烟现象消失。经过检查，影响燃烧各零部件均处于良好状态，本轮所使用的燃油品质符合柴油机燃油使用要求，而且根据航行检测报告记录，船舶机、桨匹配均在合理范围之内。

柴油机实际运行过程中，合排时冒黑烟现象最为严重，且该工况状态参数便于采集，因此本文以柴油机合排工况对该现象进行分析。通过采集该工况点点的燃烧性能可知：如图1所示，当柴油机处于怠速运行时，由于受负荷限制，调速器输出曲线4始终低于负荷限制曲线3;当柴油机合排时，为了不引起柴油机‘闷车现象，如区域6中阴影，燃油油门刻度和调速器输出会随之大幅增压超过负荷限制曲线，以适应外界变化，同时柴油机转速产生一定的速度降，随着增压器转速不断增加，增压空气相应升高，使得柴油机有足够的空气满足柴油机缸内燃烧所需;当柴油机完成合排，在负荷限制的反馈作用下，燃油油门刻度和调速器输出趋于平缓，柴油机转速上升至合排转速稳定运行，完成合排。

在此合排、加速过程中，由于低转速高扭矩的负荷突变工况，柴油机增大调速输出和油门齿条刻度以适应负荷变化，而此时增压空气并不能满足柴油机燃烧所需，使得燃烧不良，从而导致柴油机冒黑烟。

3.改善措施

通过对柴油机冒黑烟的原因进行分析可知，产生该现象的根源主要是当柴油机处于启动、合排及加速状态时，增压器转速响应瞬时延迟，使得增压压力不足，缸内燃烧不良。为了弥补这一不足，可以结合柴油机实际情况对其进行以下调节或者改造。

3.1Lambda燃油限制器调节

柴油机在启动、合排、加速时负荷突然增大，由图1可知，在合排瞬时，油门齿条会迅速拉伸，增大供油量，以至于缸内燃烧供气量不足，而产生冒黑烟的现象。

Lambda燃油限制器是为了防止在瞬间增加负荷的状况下，喷油器喷出过量的燃油，它是通过控制燃油泵齿条和增压空气压力的关系来实现。如图2所示，当负荷突然增加，调节装置会增加高压油泵的齿条，随着摇臂转动，摇臂触点与调节杆相接触后下压，随着增压器转速不断增加，增压空气压力升高，因而把调节杆逐渐压回 Lambda气缸中，延缓调试拉杆的波动时间，即减缓了图1中油门刻度曲线在合排时的峰值，达到燃油限制的作用。因此可以适当将调节螺钉进行调节，防止形成浓烟和控制调速系统超出合理范围。

Lambda燃油限制器不仅可以在起动过程中限制燃油齿条格数和在负荷突加时减少冒烟量，减小柴油机排烟管道污染，而且可以改善负荷特性，还具有特殊情况下应急停车的作用。

3.2增压器补气调节或改造

针对章节1中所述的冒黑烟现象，一般通过调节或者添加Lambda燃油限制器即可减缓或消除;但是对于柴油机冒黑烟较为严重的船舶可以通过增压器补气系统进行调节;对于已经具备增压器补气系统的柴油机也可对控制策略进行调节，如图4所示。

补气系统的作用在于弥补增压器转速瞬态滞后，增压压力不足以向缸内提供充足的新鲜空气，满足燃烧需求。如图3，压缩空气经过减压电磁阀（电磁阀通过启动、合排、加速信号控制，待电磁阀得到信号而触发后），和节流塞共同作用，将压缩空气调节到3-4bar，以满足补气所需;压缩空气进入增压器压气机端，使得增压器转速得以提前响应，增压空气压力增加，缸内达到最优化的空燃比和良好的燃烧状况，消除此阶段的燃烧不良和后燃等因素，也从根本上彻底解决冒黑烟。补气时为了避免增压器转速过高，需要注意补气需要在启动、合排、加速信号提供前3-4s开始，使得增压器能够提前响应，同时持续时间不宜过长，一般为8-10s连续补气。

4.结论

本文通过对该船 MAN 8L28/32A 柴油机启动、怠速、合排、加速时冒黑烟进行分析，并提出相应的改善措施，柴油机在各工况下运行时排烟颜色均正常，能够从根本上解决冒黑烟现象，确保柴油机处于良好的运行工况，从而使得该船能够充分满足节能环保相关规定的情况下运营，同时也为配置其他机型的船舶提供改造参考。

参考文献：

[1]浅析某船舶柴油机排黑烟的成因及排除方法，谢献纲.

[2]上海市交通委员会官网[M].上海：关于规范黄浦江水域船容船貌的通告，2017.11.22.

[3]王振业.船用推进发动机冒黑烟故障现象的分析及解决方案[J].内燃机与配件，2018（06）：122-124.

[4]李斌.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2008;173.