2.2 排烟异常故障的快速诊断
柴油机在正常工作状态下，无故障运行时，其排气烟色一般是无色或淡灰色的。所谓无色并不是完全无色，不能像汽油机那样无色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色。柴油机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速、高负荷时也可能重一些，要注意观察正常排气烟色，才能对非正常的排气烟色进行判断和分析。
柴油机排烟异常主要有三个现象：黑烟、白烟和蓝烟。当柴油机在运行过程中出现这三个现象中的一个时，一般而言，该机或多或少都存在某些故障。此时，应尽可能地停止该柴油机的大负荷作业，然后仔细查找该机出现异常排烟的原因和故障部位，以免造成柴油机的更大损坏。
一般而言，柴油机排气冒黑烟是燃油燃烧不完全的产物，排气冒蓝烟是有机油进入燃烧室参加燃烧的结果，而冒白烟则是燃油没有燃烧或燃油中有水的缘故。
2.2.1 排气冒黑烟故障的快速诊断
柴油机排气冒黑烟的主要原因是喷入气缸的燃料燃烧不充分、不完全。一般情况下，只要柴油机排气出现冒黑烟现象，柴油机内部或多或少都存在一些问题。柴油机冒黑烟大多数是柴油机自身系统造成的，设备系统因素除了特殊情况外，一般不会导致柴油机严重冒黑烟。因此，如果柴油机在使用运行过程产生冒黑烟现象时，首先应该在柴油机上找原因。导致柴油机冒黑烟的因素是多种多样的，汇总起来主要有以下几个方面。
（1）进、排气系统因素
柴油机的进、排气系统对排气烟色（主要是黑烟）的影响很大，进气不畅、排气不通都会使柴油机得“消化不良”症，轻者排气冒黑烟，重者可能导致柴油机不能工作，甚至造成严重的损坏。
①进气系统因素。如果进气系统存在堵塞现象，势必影响进入气缸的新鲜空气的数量，在高速大负荷下柴油机就会因混合器过浓而严重冒黑烟。
a.空气滤芯问题。空气滤芯堵塞或脏了是不少柴油机带负荷冒黑烟的主要原因，但新的空气滤芯如果存在质量问题，也可能使柴油机带负荷冒黑烟。判断柴油机黑烟是否是空气滤芯所致的基本方法是：如果柴油机平时无黑烟，也无其他异常现象，带负荷时才有黑烟喷出，负荷减小时黑烟消失，一般可以认为是空气滤芯的问题；拆掉空气滤芯，启动柴油机工作，观察带负荷作业时柴油机烟色，如果黑烟减小，则说明需要保养或更换空气滤芯（注意：柴油机不带空气滤芯的工作时间不要超过10min，否则，容易造成柴油机缸套等的不良磨损）。
b.进气管堵塞。在某些情况下，可能出现进气管被堵塞的现象。如因进气管路中的橡胶管被压瘪（图2-4）、内部脱皮、掉块原因堵塞进气管而使其流通不畅，或气缸盖进气口被人为堵死等，都可能导致柴油机运行时严重冒黑烟。
图2-4 进气管被吸瘪现象
②排气系统因素。排气系统是决定柴油机排气是否畅通的关键，如果柴油机排气不畅，将导致柴油机严重冒黑烟。
故障原因：
a.排气消声器堵塞。排气消声器内部损坏或排气孔被堵塞，柴油机将严重冒黑烟。
b.排气后处理装置故障。安装有尾气微粒过滤器和排气后处理装置的柴油机，如果这些装置损坏或失效（主要是堵塞），将导致柴油机因排气不畅而冒黑烟。
c.排气制动装置故障。对于安装有排气制动装的柴油机而言，如果排气制动阀（图2-5）开启不足或异常关闭后，柴油机也会严重冒黑烟或不能工作。
图2-5 柴油机排气制动阀
故障危害：如果柴油机存在排气不畅因素时，柴油机不仅冒黑烟，而且还将同时出现动力不足、排气温度过高等故障现象，如果不及时处理，可能导致柴油机出现拉缸甚至活塞顶部严重烧蚀故障。因此，必须重视对排气系统的保养和检修。
温馨提示 柴油机的进、排气系统出现堵塞现象后，必须尽快查明原因并采取适当的措施予以修复。特别是排气系统堵塞后，将导致柴油机出现“过热”现象。
（2）配气机构因素
配气机构市场研究的呼吸器官，如果配气正时不对，势必影响柴油机的进气量，柴油机将因进气不足而冒黑烟。主要原因如下：
①气门间隙不正确。气门间隙不正确，直接影响柴油机配气正时，也即气门该打开时未打开，该关闭时未关闭，进而影响了柴油机的进气量和排气通畅，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：柴油机运行时可能动力不足；柴油机可能启动困难；配气机构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，用手感或塞尺检查气门间隙。
②气门密封不严。气门密封不严，不仅导致气缸压缩过程中气体外窜而减小气缸内的空气量，而且还将影响气缸压缩压力，进而影响柴油机的动力输出并导致排气冒黑烟。
气门密封不严时，摇转柴油机曲轴时可以听到进、排气系统有强烈的气流冲出声响。
（3）气缸压缩压力不足
柴油机的气缸压力不足，直接影响压缩终点时气缸内的压力和温度，这将导致压缩终点的压力和温度降低，这将严重影响燃油的燃烧效率和效果，柴油机将会严重冒黑烟，导致气缸压缩压力不足的主要原因有：
①活塞顶间隙（压缩余隙）太大。如果大修装配柴油机时，没有严格按照要求检查并调整活塞顶间隙，或气缸垫使用不当使活塞顶间隙偏大时，将使压缩比减小。直接影响柴油机的压缩比进而影响气缸压缩压力。由于压缩比变小，降低了气缸压缩终点的压力和温度，使燃油燃烧的条件变得更加恶劣，燃油燃烧不完全、不充分，柴油机动力不足且严重冒黑烟。
确保活塞顶间隙的正确是装配柴油机时必须严格做到的重要事情之一。在装配柴油机时，必须将活塞顶间隙调整在技术规范要求的公差范围内。一般情况下，只要安装正确，活塞顶间隙在使用过程中是不会变化的。
②气门密封不严。气门密封带严重变形或磨损，将导致气门密封不严，直接降低气缸压缩压力和温度，使燃油燃烧不完全、不充分，导致柴油机严重冒黑烟。
③气门座圈凹入太深。气门座圈长期经受燃烧高温和气门的强烈冲击，加之气门座圈底孔的铝合金性质，将使气门座圈凹入逐步增加，使气门平面与缸盖底面之间的尺寸相对增加，相应增加了燃烧室的容积，降低了柴油机压缩比，从而降低了气缸的压缩压力和温度，导致燃油燃烧不完全、不充分，柴油机严重冒黑烟。一般柴油机都对气门座的下沉量有较为严格的要求，维修时必须严格执行。
④活塞环或缸套磨损严重。活塞环或缸套磨损严重，会使气缸密封不严，导致压缩压力不足，不仅导致因柴油机烧机油而冒蓝烟，大负荷时还将冒黑烟且伴随动力不足。
因活塞环磨损而导致柴油机冒黑烟时，柴油机还将出现下列现象：柴油机烧机油，机油耗量增加；柴油机动力不足；柴油机低负荷怠速时冒蓝烟，大负荷时冒蓝黑烟；曲轴箱废气压力大。
故障现象：气缸压缩压力不足时，除了使柴油机冒黑烟外，还有下列现象：柴油机工作时动力不足；柴油机加速无力（加速性能太差）；燃油消耗增加；柴油机可能启动困难。
气门、活塞环、气缸套磨损后，引起压缩压力不足以及机油上窜燃烧室，使气缸在压缩行程结束时，混合气混合的正常比例改变，使燃油在无氧条件下燃烧，燃烧过程容易产生积炭，排出的废气形成大量黑色烟雾。
⑤燃烧室形状改变。燃烧室形状因制造质量及长期使用导致技术状况下降，使活塞顶间隙过大、过小以及活塞位置装错，都会使燃烧室形状和容积改变，从而影响燃油与空气的混合质量，使燃油燃烧条件变坏，也将使柴油机排气冒黑烟。
注意：如果喷油器的喷油状态与燃烧室结构形状不符，柴油机也会严重冒黑烟。
（4）燃油系统因素
燃油系统存在问题，如喷油量过大、喷油时间不正确、喷油器故障等，都可能导致柴油机严重冒黑烟，具体分析如下。
①喷油泵供油量太大。供油量过大，使进入气缸内的油量增多，造成油多气少，使得燃油燃烧不充分、不完全，柴油机排气一定会冒黑烟。此时，柴油机除了冒黑烟现象外，还有下列现象：燃油消耗明显增加；柴油机因后燃增多而使排气温度太高且排气管可能被烧红；可能会出现拉缸或活塞烧顶现象；柴油机动力没有明显变化。
重要提示 调整喷油泵的供油量时，必须考虑该柴油机喷油系统的下列因素：
a.喷油器的喷油压力。因为该油量是在特定喷油压力下的供油量。如果喷油压力有变化供油量也将产生相应的变化。如果喷油泵试验台标准喷油器的压力高，而实际喷油器的喷油压力低，则实际的喷油量将大于调整喷油量；反之，则小于调整喷油量。压力差别越大，供油量的差别也越大。
b.标准高压油管的内径尺寸。如果调试时使用的标准高压油管的内径小于实际高压油管的内径，可能使实际供油量大于调试供油量；反之，则小于调试供油量。
注意：柴油机喷油泵的循环供油量，必须定期在喷油泵试验台上检查。检查供油量时，也需要检查一下各缸的供油角度。
②喷油器（嘴）故障。喷油器（嘴）故障影响柴油机冒黑烟的主要原因如下：
a.喷油嘴雾化不良、卡死或滴油严重或损坏。柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油临结束时，喷油压力下降，雾化质量差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4～5倍（体积约增大100倍），这些油滴蒸发与燃烧的时间短，周围氧的浓度低，容易产生炭烟。
喷油器不雾化、雾化不良或滴油，使燃料不能充分地与气缸内的空气混合，也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显，因为低速运转时气缸内进气涡流较弱，油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长，更容易形成炭黑排出。喷油器（嘴）有问题时，除了造成柴油机冒黑烟外，还有下列现象：排气管接口处湿润，严重时可能滴柴油；该缸的活塞可能产生顶部烧蚀或拉缸故障；该缸可能有强烈的燃烧噪声；油底壳既有油面可能升高。
b.喷油压力不正确。喷油压力不正确（偏大或偏小），将影响喷油器的建压时间，延迟或提前供油提前角度，使柴油机工作时冒黑烟。喷油压力偏大，可能延迟喷油开始时间，柴油机后燃增多；而喷油压力偏小，可能提前喷油开始时间，柴油机早燃增多。两者产生的问题和现象与前述的供油提前角不正确相似。
确认某缸喷油器（嘴）是否有问题的有效方法是断缸法，某缸产用断缸法后该缸不再冒黑烟，则说明该喷油器（嘴）有问题。
c.喷油器安装错误。某些柴油机喷油器的安装，有严格的安装方向，但没有特别的标记予以说明，所以就容易出现安装相差180°的问题。此时，柴油机就会严重冒黑烟。
d.喷油嘴与燃烧室不匹配。如果喷油嘴的喷油角度与燃烧室不匹配或喷油嘴型号错误，也将导致柴油机工作时冒黑烟。
③喷油提前角错误。对于机械柱塞式喷油泵柴油机而言，喷油提前角错误（过大或过小），将导致柴油机严重冒黑烟。不仅如此，前者将导致柴油机有爆燃现象，后者则将引起柴油机“过热”运行。
（5）其他原因
柴油机排气冒黑烟故障，除了上述因素外，以下因素也可能导致其排气冒黑烟。
①增压器故障。增压器漏气或增压压力不足，将导致进气量不足，柴油机大负荷（如爬坡）运行时可能会冒黑烟。
②EGR系统故障。对于安装有废气再循环系统（EGR系统）的柴油机，如果该系统出现故障或失效，柴油机运行过程中可能会出现排气冒黑烟现象。
③燃油质量问题。如果使用了质量标准不能满足柴油机使用要求的不合格的柴油，也会使柴油机严重冒黑烟。此类现象在完全查找不到柴油机排气冒黑烟的原因时，应重点考虑一下是否是燃油因素所致。
（6）电控柴油机冒黑烟
对于电控柴油机而言，多数情况下黑烟是由机械因素引起的。表2-3举例说明如下。
表2-3 电控柴油机冒黑烟举例说明
2.2.2 冒蓝烟故障的快速诊断
（1）柴油机排气冒蓝烟的综合原因分析
柴油机冒蓝烟的主要原因是有机油进入气缸参与燃烧。导致柴油机冒蓝烟的主要原因详见表2-4。
表2-4 柴油机排气冒蓝烟的影响因素
（2）柴油机排气冒蓝烟故障的诊断
柴油机排气管冒蓝烟，可根据柴油机运行过程中的现象快速诊断出参加燃烧的机油来自何处并酌情处理，如表2-5所示。
表2-5 柴油机排气冒蓝烟故障的诊断
2.2.3 排气冒白烟故障的快速诊断
（1）故障原因
①气缸套有裂纹或气缸垫损坏，随着冷却水温度和压力的升高，冷却水进入气缸，排气时容易形成水雾或水蒸气。
②喷油器雾化不良，喷油压力过低，有滴油现象。在气缸中的燃油混合气不均匀，燃烧不完全，产生大量的未燃烃，排气时容易形成水雾或水蒸气。
③供油提前角过大。活塞上行至气缸顶前喷入气缸的燃油过少，形成较稀的可燃混合气，过迟的喷油减少了预混燃料量，预混合量减少。预混合气减少，降低了燃烧速度，燃烧结束较晚，燃烧形成大量的水气烟雾。
④燃油中有水和空气。水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气，燃烧不完全，产生大量的未燃烃排出机外。
⑤活塞、气缸套等磨损严重导致压缩力不足，造成燃烧不完全。
⑥柴油机刚启动时，个别气缸内不燃烧（特别是冬天），未燃烧的燃油混合气随其他工作缸的废气排出形成水气烟雾。
⑦个别喷油嘴雾化不良或滴油，使部分燃油没有燃烧而排出气缸，在排气管内汽化后形成白烟排除。
⑧冬季柴油机整体温度过低。部分柴油未燃烧便变成油蒸气，从排气管中随废气排出，冒白烟。
⑨气缸压力过低。部分柴油未经燃烧就变成油蒸气，因此从排气管冒白烟。
（2）故障诊断
①随着冷却水温度和压力的升高，排气时形成水雾或水蒸气，说明气缸套有裂纹或气缸垫密封不良，冷却水漏入气缸。
②喷油器雾化不良，喷油压力过低，有滴油现象。在气缸中燃油混合气不均匀，燃烧不完全，产生大量的未燃烃，排气时容易形成水雾或水蒸气。处理时应区别情况，更换油泵柱塞偶件，或调整喷油压力至正常值，或拆卸喷油器研磨修复针阀偶件，无法修复时更换。
③供油提前角过大。喷油提前角过大时，由于活塞“远离”上止点，此时气缸内的压力和温度较低，喷入气缸的燃油不易与空气混合，形不成合适的燃油混合气。因此，大量的未燃烧的燃油随排气管排除，形成白色烟雾。喷油提前角过大可能导致出现柴油机爆燃（爆震）的故障现象。
④燃油中有水分和空气。水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气，燃烧不完全，产生大量的未燃烃排出机外。处理：使用清洁的燃油，如果油箱中有水，且含水不多，则打开油箱开关，放出箱内积水，直至柴油流出为止；如果油箱含水较多，可换用经沉淀48h以上的柴油，油箱放出的油经沉淀后仍可使用；也可在油路系统中加装一套油水分离装置，以便过滤和分离柴油中的水分。
⑤活塞、气缸套等磨损严重导致压缩力不足，造成燃烧不完全，此时应检查活塞、气缸套等组件的磨损程度，及时更换配件。
（3）故障处理
①柴油机刚启动时冒白烟、温度升高后变成冒黑烟。这说明气缸压力不足，此压力虽能维持柴油机启动，但启动时因温度过低使部分柴油未燃烧便挥发成蒸气排出。应检查气门关闭严密程度、配气相位情况、气缸垫或喷油器座孔的密封垫是否漏气、气缸磨损是否过大、活塞环有无卡死或其开口是否重合等，然后对症解决。
②冬季冷车刚启动时柴油机后排气管冒大量白烟，但运转一段时间后随着柴油机温度的升高白烟逐渐消失、而后正常，则说明是柴油机温度过低，无需处理。
③柴油机工作无力、冒白烟。可将手靠近排气管，当白烟掠过手面有水珠则说明气缸内已有水进入，此时可用单缸断油法找出漏水的气缸。若单缸断油时影响柴油机的转速，说明该缸工作良好，否则说明该缸不工作，应拆下喷油器检查喷孔上有无水迹；若发现有水应检查进水原因，查明是气缸破裂还是气缸垫冲坏；若各缸情况一样、仍然工作无力冒白烟，则应检查柴油中是否有水。这时可打开燃油箱和燃油滤清器的放油螺塞，如果燃油箱有水，放油螺塞处就会有水流出。
④柴油机冒白烟时可提高柴油机的工作温度，如在水温70℃左右时排气烟色由冒白烟转为冒黑烟，便可判断为喷油器雾化不良、滴油。用逐缸断油的方法查出有故障的喷油器，然后校验喷油器；若在喷油时有滴油现象，则应进一步检查是由于喷油压力过低还是由于针阀体变形或磨损过甚而造成的，从而改进。
⑤柴油机高速运转时工作不均匀、加速不灵敏、温度过高、工作无力、排气管冒灰白色烟雾。这说明喷油时间过早，应检查并调整连接盘固定螺钉紧固情况以及键和键槽情况，慢慢提前喷油时间，使白烟消除、柴油机运转正常；若调整后仍无好转则应检查喷油泵各缸柱塞的定时调整螺钉是否失调，采取相应的措施酌情处理。