濰坊工程職業(yè)學(xué)院 李炳賢

增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)容易積碳原因分析及清除方法

濰坊工程職業(yè)學(xué)院 李炳賢

本文主要從積碳產(chǎn)生的原因分析了增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)比普通自然吸氣、歧管噴射發(fā)動(dòng)機(jī)更容易形成積碳的原因以及積碳的清除方法。

積碳；直噴；增壓

近幾年，隨著環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格，世界各大汽車廠商紛紛采用小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，為了提高動(dòng)力，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)大多開始使用缸內(nèi)直噴技術(shù)，渦輪增加+缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在提高汽車動(dòng)力的情況下，降低了對(duì)環(huán)境的污染，降低了燃油消耗，給廣大消費(fèi)者帶來(lái)了福音。新技術(shù)給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了相應(yīng)的問(wèn)題，那就是渦輪增壓+缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)比普通發(fā)動(dòng)機(jī)更容易積碳，本文從結(jié)構(gòu)、原理方面分析了這類發(fā)動(dòng)機(jī)容易產(chǎn)生積碳的原因及清除積碳的方法。

1 什么是積碳

積碳指的是燃燒后的殘留物，汽車在行駛過(guò)程中，燃油和潤(rùn)滑油在高溫、氧化及不充分燃燒的情況下形成的。積炭主要分為氣缸外部的積炭和氣缸內(nèi)部的積炭。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃油、少量的機(jī)油蒸汽和一些雜質(zhì)不能完全燃燒，在高溫作用下，未燃燒的的部分氧化形成膠質(zhì)黏附在進(jìn)氣歧管、氣門、活塞和燃燒室表面，在經(jīng)過(guò)高溫作用進(jìn)一步形成瀝青狀的物質(zhì)，這樣就形成了積炭。積炭附著在進(jìn)氣管、氣門及燃燒室內(nèi)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能存在不良影響。

2 積碳產(chǎn)生的原因

2.1 燃油因素

燃油在提煉過(guò)程中，由于技術(shù)的原因，其中或多或少地含有一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)有些不能參與燃燒，雖然大部分被排除，但仍有殘留，還有一部分并不能充分燃燒，這些殘留物隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不斷積累，附著在進(jìn)氣管、氣門及燃燒室表面，形成積碳，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

2.2 曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，為了維持活塞的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，曲軸箱內(nèi)空氣被強(qiáng)制排入進(jìn)氣管。但由于曲軸箱存放大量機(jī)油，機(jī)油會(huì)隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而被攪動(dòng)，因此曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)在正常工作

從優(yōu)化結(jié)果分析得出，在載荷密度比較大的地方保留的材料比較多，能在保證結(jié)果強(qiáng)度的前提下最大限度減少材料。另外，在車身大梁分布的位置，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果也符合車身實(shí)際設(shè)計(jì)要求。

3 新能源客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析

新能源客車車身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意把車身機(jī)構(gòu)盡量設(shè)計(jì)成一體，形成閉合空間，這樣不僅可以減少加工量還可以增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 新能源客車車身骨架結(jié)構(gòu)

從圖中可以看出，車身骨架形成一個(gè)緊密結(jié)合的整體，避免了應(yīng)力集中，增強(qiáng)了車身整體剛度，車架受力得到改善。

采用Hypermesh軟件對(duì)優(yōu)化后車身骨架進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，材料屬性及力學(xué)特性同表1，其中,車身結(jié)構(gòu)焊縫部分采用焊接單元模擬，分析結(jié)果為車身骨架最大應(yīng)力為153.5MPa，小于Q235材料所允許的屈服強(qiáng)度，車身最大變形為5.05mm，滿足設(shè)計(jì)需求。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某新能源客車實(shí)際研究課題，采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)其車身骨架進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)并對(duì)拓?fù)浜筌嚿斫Y(jié)構(gòu)做屈曲強(qiáng)度分析，分析證明：拓?fù)浜筌嚿戆踩粤己茫⑶曳宪嚿碓O(shè)計(jì)要求。

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2.3 外部環(huán)境

由于現(xiàn)在城市交通路況比較擁堵，車輛經(jīng)常處于走走停停的狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于怠速狀態(tài)，或者北方冬天溫度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常以濃混合氣狀態(tài)工作，造成汽油不完全燃燒，逐漸形成積碳。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)自身問(wèn)題

發(fā)動(dòng)機(jī)在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于燃燒室溫度急劇降低，噴油器孔處的油滴不能完全蒸發(fā)，會(huì)吸附空氣中的雜質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)在噴孔處形成積碳；另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火瞬間，噴油器噴入燃燒室內(nèi)的汽油在高溫作用下會(huì)很快蒸發(fā)，但其中的膠質(zhì)物質(zhì)卻被吸附在汽缸表面和氣門頂部，日積月累形成積碳。

2.5 空氣質(zhì)量差

由于吸入的空氣中含有細(xì)小灰塵，汽車中雖有空氣濾清器，但無(wú)法全部濾除，伴隨汽油一起沖刷氣門背部，長(zhǎng)時(shí)間沖刷造成細(xì)微劃痕。細(xì)小顆粒與來(lái)自曲軸箱的潤(rùn)滑油儲(chǔ)存在劃痕中，在高溫下形成漆狀物，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間積累，并混合燃油中的蠟等成分形成積碳。

3 增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)為什么比普通自然吸氣+歧管噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)更容易形成積炭

對(duì)于缸外噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)入進(jìn)氣歧管的是空氣和燃油的混合氣，這一部分燃油會(huì)對(duì)進(jìn)氣歧管及進(jìn)氣門進(jìn)行一定的沖刷，從而減少進(jìn)氣管及氣門部位積碳的沉積。而對(duì)于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)入進(jìn)氣道的是純空氣，這樣就不能對(duì)進(jìn)氣管及氣門進(jìn)行沖刷，那么就更容易在進(jìn)氣歧管及氣門頂部形成積碳。對(duì)渦輪增壓加缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于渦輪增壓的作用，從曲軸箱進(jìn)入進(jìn)氣道的空氣壓力更大，把更多的燃油及燃油蒸汽帶入進(jìn)氣管中，在高溫作用下，在進(jìn)氣歧管及氣門頂部形成更多積碳。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)積碳對(duì)汽車的危害

4.1 節(jié)氣門處的積碳

如果節(jié)氣門處積碳，會(huì)造成電腦接收錯(cuò)誤信號(hào)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)、油耗升高等問(wèn)題。

4.2 氣門處積碳

氣門處積碳會(huì)造成氣門關(guān)閉不嚴(yán)，進(jìn)氣量減少，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能減弱，油耗增加。另一方面，節(jié)氣門處的積碳會(huì)吸附混合氣中的燃油，使原有的空燃比發(fā)生改變，造成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)、失火、冷啟動(dòng)困難等問(wèn)題。

4.3 燃燒室表面積碳

燃燒室表面積碳，會(huì)減小燃燒室的表面積，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，造成發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，同時(shí)積碳會(huì)使燃燒室溫度升高，造成早燃，影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和使用壽命。

4.4 活塞積碳

活塞頂部積碳，會(huì)形成許多熾熱面，引起發(fā)動(dòng)機(jī)早燃和爆燃，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命?；钊h(huán)內(nèi)積碳，會(huì)使活塞環(huán)背隙、邊隙變小，甚至無(wú)間隙；造成活塞環(huán)膠結(jié)失去彈性，甚至折斷活塞環(huán)而拉缸。

5 清除積碳的方法

5.1 化學(xué)清除法

化學(xué)清除積碳主要是使用燃油清潔劑。燃油清潔劑的主要成分是：聚醚胺、聚乙丁烯胺，其原理是利用極性基團(tuán)將沉積物微小顆粒包圍起來(lái)，與汽油形成油溶性膠束分散到汽油中，隨汽油燃燒，實(shí)現(xiàn)清洗目的，利用非極性基團(tuán)優(yōu)先吸附金屬表面，形成一層保護(hù)膜，防止沉積物在金屬表面黏附，保持清潔作用。燃油清潔劑對(duì)歧管噴射發(fā)動(dòng)機(jī)效果非常明顯，不僅能清除氣缸內(nèi)部的積碳，對(duì)進(jìn)氣歧管及氣門部位也有很好的清潔作用，但對(duì)于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于噴油器被布置在氣缸內(nèi)部，從進(jìn)氣歧管進(jìn)來(lái)的是純空氣，燃油清潔劑是混合在燃油中的，所以對(duì)缸內(nèi)直噴車型來(lái)說(shuō)，燃油清潔劑只能清洗氣缸內(nèi)部的積碳，而對(duì)進(jìn)氣管及氣門頂部的積碳無(wú)法清理。

5.2 物理清除法

對(duì)于積碳比較嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)，使用燃油清潔劑效果并不明顯，只能借助工具進(jìn)行刮除。節(jié)氣門和氣門積碳比較容易處理，拆解后，噴上清潔劑用毛巾擦除即可。對(duì)于氣缸內(nèi)的積碳，拆解后，利用鏟刀等工具對(duì)燃燒室表面、活塞環(huán)槽表面的積碳予以鏟除，這種方法雖然簡(jiǎn)單有效，但是由于積碳附著在金屬表面比較牢固，在鏟除的過(guò)程中容易對(duì)氣缸造成損傷，而且對(duì)氣缸拆解后，由于技術(shù)原因，密封性沒(méi)有出廠時(shí)好，這些都會(huì)為發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成不良影響，因此一般不建議采用此種方法。

6 結(jié)語(yǔ)

增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)是各大汽車廠商主推的技術(shù)，但這種發(fā)動(dòng)機(jī)非常容易形成積碳，因此很多汽車廠家開始采用混合噴射，從源頭抑制積碳的產(chǎn)生。

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