發(fā)動(dòng)機(jī)積炭形成原因及清除方法

◆文/江蘇 鄭芳民

發(fā)動(dòng)機(jī)積炭形成原因及清除方法

◆文/江蘇 鄭芳民

很多技師反映車主總是提出同樣的問(wèn)題：“發(fā)動(dòng)機(jī)積炭究竟是怎么形成的？”筆者通過(guò)整理技師們?nèi)粘Ｆ嚲S修過(guò)程中碰到的發(fā)動(dòng)機(jī)積炭維修處理案例來(lái)簡(jiǎn)要的向廣大車主們介紹發(fā)動(dòng)機(jī)積炭方面的知識(shí)。下文將通過(guò)五個(gè)方面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)積炭做基本介紹。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)積炭是什么

人們普遍認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)表面、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管內(nèi)表面、節(jié)氣門周邊的內(nèi)表面、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的內(nèi)表面和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的內(nèi)表面殘留的機(jī)油和燃油物質(zhì)，即一層粘性的黑色物，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的增加，積聚的越來(lái)越多，黑色層也越來(lái)越厚，這種黑色物就被稱為“積炭”。積炭在高溫部位會(huì)呈現(xiàn)為硬塊層狀，在溫度較低的部位，則呈現(xiàn)為粘性的柏油狀(圖1)。

圖1 吉普指南者的進(jìn)氣歧管積炭

由于進(jìn)氣歧管積炭堆積較多，引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管通道控制閥門驅(qū)動(dòng)的電子元件損壞，動(dòng)力總成電腦有故障碼P2017記錄，組合儀表發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，燃油消耗增加(圖2)。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)積炭的危害

發(fā)動(dòng)機(jī)積炭積聚到一定程度時(shí)，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況變差，情況嚴(yán)重的會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。例如，節(jié)氣門部位的積炭會(huì)引起怠速不穩(wěn)，燃油消耗增加，高怠速時(shí)起步發(fā)沖易引發(fā)事故；進(jìn)氣歧管部位的積炭會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降，燃油消耗增加；現(xiàn)在很多發(fā)動(dòng)機(jī)帶有進(jìn)氣通道風(fēng)門控制機(jī)構(gòu)，這個(gè)部位的積炭還會(huì)造成風(fēng)門機(jī)構(gòu)的故障或者損壞等；曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的積炭會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制系統(tǒng)故障，觸發(fā)故障燈點(diǎn)亮，尾氣中的有害排放物增加，嚴(yán)重的還會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)漏機(jī)油，以及機(jī)油潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障等。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的積炭輕者會(huì)引起燃燒工況變差，燃油消耗增加，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，觸發(fā)組合儀表的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮。嚴(yán)重的積炭會(huì)形成高溫炙熱點(diǎn)，在不該點(diǎn)火的時(shí)刻引燃混合汽，引起爆震燃燒。這種爆震燃燒不易被發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制，會(huì)造成連桿彎曲，活塞穿孔等發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零件的嚴(yán)重?fù)p壞。

排氣歧管部位的積炭也是非常有害的，會(huì)堵塞二次空氣系統(tǒng)的空氣孔，造成三元催化器的效率下降或者報(bào)廢，引發(fā)排放系統(tǒng)故障，組合儀表的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，燃油消耗增加等。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)積炭的形成

研究發(fā)現(xiàn)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的積炭形成主要受四個(gè)因素影響。

1.汽油的品質(zhì)

品質(zhì)不好的汽油含有的雜質(zhì)和不易燃燒的成分多，從進(jìn)氣歧管經(jīng)過(guò)后，殘留的液體狀態(tài)的膠質(zhì)物和沒(méi)有充分燃燒的殘留的物質(zhì)積聚在噴油器的噴口部位，沒(méi)有燃燒物就形成了這些黑色物質(zhì)，俗稱積炭。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒工況

發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒工況不良也是造成積炭增多的原因之一。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的電腦控制系統(tǒng)有故障，組合儀表有故障燈點(diǎn)亮等。這種有故障工況下，空氣和燃油的混合汽比例不能始終保持在14.7：1左右，如空氣質(zhì)量計(jì)(MAF)的信號(hào)誤差太大、點(diǎn)火系統(tǒng)有故障存在、火花塞電極間隙損耗太大或點(diǎn)火線圈內(nèi)部有擊穿等，火花塞的火星弱引起混合汽在汽缸內(nèi)不能充分燃燒，進(jìn)一步引起燃燒后殘留物增加，積炭也隨之增加。一般認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，又有一定負(fù)荷的工況是積炭形成最多的工況。發(fā)動(dòng)機(jī)在有部分負(fù)荷且高溫高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期是積炭形成最少的工況，而且在此期間還能把燃燒室附近已經(jīng)有積聚的積炭燃燒吹走，換句話說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)有負(fù)荷時(shí)的高溫高速運(yùn)轉(zhuǎn)是有清除積炭作用的。

3.發(fā)動(dòng)機(jī)使用的機(jī)油品質(zhì)

品質(zhì)不好的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，使用過(guò)程中容易形成膠質(zhì)，造成潤(rùn)滑不良，加速發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械零件的磨損，引起活塞環(huán)的咬死，汽缸壓力下降，燃燒工況變差，燃燒后的殘留物增加，形成更多的積炭。品質(zhì)差的機(jī)油還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成致命性的損害，本文對(duì)此不做深入討論。

4.駕駛員的開(kāi)車習(xí)慣

駕駛員的開(kāi)車習(xí)慣也是積炭形成的因素之一。如果車輛每次行駛里程短，很少在高溫高速的工況下行駛，也是很容易形成積炭的。

四、不同噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)積炭形成的差異

1.多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)

目前大多數(shù)家用小汽車裝配的都是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其余則是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及較少的混合動(dòng)力和純電動(dòng)的動(dòng)力機(jī)器。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)又大多數(shù)采用傳統(tǒng)的多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)(MPFI—Multi Port Fuel Injection，圖3、4)，燃油噴射器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室外的進(jìn)氣道中，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦通過(guò)控制噴油器的電磁線圈通電時(shí)刻對(duì)噴油量進(jìn)行控制，進(jìn)氣閥門打開(kāi)時(shí)段，霧狀燃油和燃油蒸汽才被吸入燃燒室，經(jīng)過(guò)壓縮后被火花塞的火星點(diǎn)燃。這種汽缸外噴射燃油的方式已經(jīng)被廣泛采用，燃油系統(tǒng)的壓力一般是3～5bar(1bar=105Pa)，噴油時(shí)刻是在進(jìn)氣閥門打開(kāi)之前完成。

圖2 吉普指南者的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥門積炭

圖3 奔馳GL450(MPFI)多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)

圖4 奔馳GL450 (MPFI)多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)的噴油器

2.汽油直接噴射系統(tǒng)

還有一種汽缸內(nèi)噴油方式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，一般稱做“缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)”(GDI—Gasoline Direct Injection圖5)最近幾年也被各個(gè)汽車制造廠家所采用。顧名思義，這種噴油方式就是把汽油直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(注：所有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都是直接把燃油噴入燃燒室的)。這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油方式在1925年就出現(xiàn)了，由于成本原因，所以沒(méi)有被汽車制造廠家所采用。

圖5 寶馬車760Li發(fā)動(dòng)機(jī)N73V12缸6.0L缸內(nèi)直噴燃油系統(tǒng)

除了燃油直接噴射進(jìn)燃燒室，缸內(nèi)直噴技術(shù)還有不同于多點(diǎn)燃油噴射技術(shù)的是：(1)噴油器噴口安裝在燃燒室內(nèi)；(2)噴油器的結(jié)構(gòu)有電磁式和壓電陶瓷式兩種結(jié)構(gòu)(多點(diǎn)燃油噴射噴油器僅有電磁式結(jié)構(gòu))，壓電陶瓷式噴油器的觸發(fā)響應(yīng)速度極快，是電磁式噴油器響應(yīng)速度的5倍，從而能更精確地控制燃油量；(3)燃油系統(tǒng)的壓力也很高。

噴油時(shí)刻也需要發(fā)動(dòng)機(jī)電腦進(jìn)行精確控制。當(dāng)然這種缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與多點(diǎn)燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)比較而言主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)減少發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的有害排放物；(2)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)；(3)降低燃油消耗；(4)增加輸出功率。

GDI的燃油系統(tǒng)壓力一般10～250bar。如寶馬760Li M73B54 V12缸6.0L發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)壓力是3.5bar，是多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)。而改成GDI噴油系統(tǒng)后的N73B60 V12缸 6.0L發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)壓力是50～120bar。2009年9月，寶馬汽車公司在美國(guó)發(fā)布新款N74B60UO 的V12缸6.0L發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃油系統(tǒng)的壓力高達(dá)245bar。寶馬車的N54發(fā)動(dòng)機(jī)直列6缸3.0L的燃油系統(tǒng)壓力滿負(fù)荷時(shí)燃油壓力可以達(dá)到200bar。

GDI 系統(tǒng)的噴油時(shí)刻，可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的精確控制，到達(dá)節(jié)油和提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的雙重目的。相同功率的情況下，做到發(fā)動(dòng)機(jī)的體積更小。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油最高壓力值越高，其輸出的功率和扭矩就越高。如N74B60 V12缸6.0L的功率是400kW，輸出扭矩是750Nm。而老款N73B60 V12缸6.0L發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率僅327kW，扭矩600Nm。

當(dāng)然對(duì)于這兩種不同的燃油噴射系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)形成的積炭也是有區(qū)別的。如多點(diǎn)噴射MPFI發(fā)動(dòng)機(jī)的積炭部位，集中形成在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管部位和進(jìn)氣閥門的周邊，還有就是節(jié)氣門閥門周邊，燃燒室的積炭就不多。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油是直接進(jìn)入燃燒室，不完全燃燒物集中在燃燒室附近，積炭較多部位在燃燒室內(nèi)，如火花塞、噴油器噴口、活塞頂部和燃燒室穹頂部位。而進(jìn)氣歧管部位，如進(jìn)氣道和節(jié)氣門就較少有積炭形成，如圖5所示。

五、應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)積炭的方法

為避免積炭現(xiàn)象的發(fā)生，車輛加燃油時(shí)要盡量選擇信得過(guò)的加油站。汽油的標(biāo)號(hào)對(duì)積炭的形成影響很輕微，但是汽油的品質(zhì)卻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)影響很大。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油采購(gòu)要避免低價(jià)格的再生機(jī)油和勾兌機(jī)油。要到正規(guī)的汽車維修店做機(jī)油更換、保養(yǎng)和檢測(cè)。

對(duì)于長(zhǎng)期每天短程使用的車輛，建議每個(gè)月能至少一次開(kāi)車在高速路上行駛20～30min，時(shí)速80km/h或者更快。這樣就可以有效的消除積炭，防止積炭越積越多，引起缺缸、油耗增加和排放凈化系統(tǒng)元件如三元催化器的損壞等。如果積炭已經(jīng)形成，那么清除發(fā)動(dòng)機(jī)積炭常用的方法都是有效的，常用的除炭方法有使用溶劑清除和機(jī)械清除兩種。

1.使用溶劑清除積炭

目前市面上有許多種有效除炭溶劑，用來(lái)溶解、軟化積炭?？梢宰尠l(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行一段時(shí)間，通過(guò)除炭劑對(duì)進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣閥門、燃燒室、火花塞排氣閥門等部位的積炭進(jìn)行溶解和軟化，然后排出發(fā)動(dòng)機(jī)外。也有些汽車維修店采用“打吊瓶”的方法，把可燃的除炭清洗劑從供油管道充入到燃燒室，保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，可以把汽油供油管和噴油器清除積炭，改善噴油霧化工況，明顯改進(jìn)燃燒工況，達(dá)到增加動(dòng)力和節(jié)油的目的。專門用于節(jié)氣門清洗的除炭噴劑也很常見(jiàn)。

2.機(jī)械清除

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)有些部位的積炭，除炭溶劑清除效果不理想，特別是積炭多而且硬化了，除炭溶劑很難到達(dá)的部位，這種情況有效的除炭方法就是分解有積炭的部位，用鋼絲刷、鏟刀、鉆頭等工具清除。最常用的是電動(dòng)鋼絲刷，用于黑色金屬表面的積炭清除；電動(dòng)塑料刷，用于非金屬表面的積炭清理等。