柴油发动机冒黑烟故障原因解析和维修方案

柴油机冒黑烟故障，常伴有启动困难、功率不足、转速不稳、柴油消耗量增加和机体过热等现象。其一般原因主要是工作负荷大、柴油质量差、进气系统故障、喷油器雾化不良以及相关机件磨损等。而电喷柴油机冒黑烟的原因有其特殊性，本文以CAT C-9型电喷柴油机为例，对冒黑烟的原因进行分析。
1.冒黑烟原因
(1) 燃油系统故障
CAT C-9型电喷柴油机采用了第2代液压驱动电子控制单体式喷油器系统（HEUI-B），该系统主要由液压驱动泵、液压电子控制单体式喷油器、喷油驱动压力控制阀、喷油驱动压力传感器、燃油输油泵和电子控制模块（ECM）等部件组成。
液压驱动泵的结构如图1所示。其喷射驱动压力可达26.5 MPa，通过喷油器的作用，这一压力可放大6倍，达到150 MPa以上。若柴油机长时间、大负载运转，将导致液压驱动泵内部零部件严重磨损，使柴油机出现功率不足、冒黑烟和无法正常启动现象。检查液压驱动泵故障时，应先将柴油机空载运转，然后用压力表测压或用ET（卡特彼勒专用电子技师）进行诊断。若压力等于或高于26.5 MPa，则说明液压驱动泵正常；当压力低于26.5 MPa时，应更换液压驱动泵。

图1 液压驱动泵结构

图2　燃油压力调节器
叉车制动系统常见故障诊断与排除
在液压共轨压力管道上有1个喷油驱动压力控制阀，最大动作压力为28 MPa，完全开启设定压力为31 MPa，当此阀损坏时也会出现液压共轨压力不足问题。
柴油机运转时，若某个汽缸的单体泵电磁线圈损坏、烧毁或接触不良，会造成柴油机功率下降和冒黑烟，此类故障的判断可使用ET进行断缸压力检测。
CAT C-9型电喷柴油机属共轨式低压燃油系统，在低压燃油管路末端设有燃油压力调节器，如图2所示。它由1个单向阀和1个压力调节阀组成。其单向阀在低压燃油压力≥450 kPa时打开；柴油机熄火后，单向阀关闭。单向阀关闭是为了保持低压燃油管路压力，并防止汽缸盖中的燃油流回油箱。压力调节阀可调节低压燃油管路中的燃油压力。
若燃油压力调节器损坏，会使低压燃油管路中燃油压力不足或进入空气，造成柴油机功率不足和冒黑烟，严重时柴油机无法启动。判断此故障需使用ET或压力表，重点是查看油压是否正常。
若柴油机工作时断续冒黑烟，一般是个别喷油器喷油雾化不良、燃烧不完全所致。判断喷油器喷油雾化是否良好，可采用断油法，即逐缸切断喷油器油路，观察排气情况，如某缸排黑烟，则说明该缸喷油器有故障；也可采用逐一拔下喷油器电磁线圈接头来判断。
(2) 正时传感器损坏或正时检测错误
正时传感器损坏或正时检测错误可造成柴油机冒黑烟。当正时信号延迟到达ECM处理器时，就会产生燃烧不完全现象，导致发动机冒黑烟。判断时先使用ET检查，再检查和校准发动机速度/正时传感器。
(3) 个性模块选择错误
若所选工作模式与实际运转负载不相匹配，也会造成柴油机工作中冒黑烟。此时可在监控器上或使用ET检查是否安装了正确的个性模块，该模块的燃油配置与柴油机是否相匹配。
2.故障诊断实例
(1) 使用劣质柴油
1台配置CAT C-9电喷柴油机的SR220型旋挖钻机，施工中出现冒黑烟和功率严重不足故障，无法正常使用。
现场排查顺序如下：将柴油机启动开关接通电源，检查柴油机显示监控器无报警显示；进入显示监控器维修选项，未发现相对应故障代码，只出现过多次油水分离器警告信息；从油箱底部放出少量柴油，发现柴油中悬浮杂质较多；冷机启动后冒黑烟，且运转声音不连贯，用手触摸各排气歧管温差很大，有3个汽缸温度明显低于其他各缸。根据上述排查，判断这3个汽缸的单体喷油器严重磨损，更换其单体喷油器后试机，柴油机排气和运转声音恢复正常。
分析认为，该柴油机因常期使用含有杂质和水分过多的劣质柴油，造成单体喷油器内部增压阀严重磨损，致使喷油雾化不良，进而使柴油机运转时出现冒黑烟和功率不足。
(2) 电磁阀故障
1台配置CAT C-9电喷柴油机的SR250型旋挖钻机，施工中有时出现冒黑烟以及功率轻微不足现象。现场检查显示监控器中无报警信息和故障代码，使用ET诊断各汽缸压力和传感器正常。
在做断缸试验中，发现有1个汽缸出现工作时好时坏现象。打开顶置式配气机构上盖检查，发现单体泵电磁阀连接插头松动，判断故障点是该插头。更换1个新插头后试机，柴油机运转恢复正常，未再出现冒黑烟问题。
(3) 机油使用不当
1台配置CAT C-9电喷柴油机的SR220型旋挖钻机出现启动困难、工作中冒黑烟以及功率不足故障。现场检查柴油机显示监示器中无报警和故障代码，使用ET检查液压驱动泵工作压力不足26 MPa，断缸试验的结果表明各缸都正常。
询问操作手，得知该机刚更换过机油和滤芯，但未使用原牌号机油，而用其他机油替代。由此判断所使用机油黏度不足，造成液压驱动泵的燃油系统不能达到正常使用要求。更换原牌号机油试机，故障消失。再使用ET检查液压驱动泵的压力和柴油机功率，均恢复正常。