缸內(nèi)直噴發(fā)動機積碳的生成與清除

在對能源和環(huán)保要求日趨嚴格的今天，即使是多點燃油噴射這樣的技術也不能滿足人們的要求了，于是更為精確的燃油噴射技術誕生，那就是缸內(nèi)直噴技術。

缸內(nèi)直噴就是將燃油噴嘴安裝于氣缸內(nèi)，直接將燃油噴入氣缸內(nèi)與進氣混合，噴射壓力也進一步提高，使燃油霧化更加細致，真正實現(xiàn)了精準地按比例控制噴油并與進氣混合，并且消除了缸外噴射的缺點。同時，噴嘴位置、噴霧形狀、進氣氣流控制，以及活塞頂形狀等特別的設計，使油氣能夠在整個氣缸內(nèi)充分、均勻的混合，從而使燃油充分燃燒，能量轉化效率更高。因此，缸內(nèi)直噴技術在改善燃油經(jīng)濟性，滿足更高的排放標準上有著較強的優(yōu)勢。

但是，因為缸內(nèi)直噴發(fā)動機在使用過程中形成的沉積物會顯著影響其性能發(fā)揮，且發(fā)動機管理系統(tǒng)無法完全補償過量沉積物所造成的影響，故研究控制和減少直噴發(fā)動機的沉積物生成具有現(xiàn)實意義。此外，按照一定的保養(yǎng)周期采用免拆清洗的方式可以對直噴發(fā)動機的沉積物起到適當?shù)那宄饔谩?/p>

缸內(nèi)直噴發(fā)動機積碳的形成機理

首先要說的是，積碳是任何汽/柴油發(fā)動機運轉過程中不可避免的一種現(xiàn)象。一般情況下，節(jié)氣門、進氣歧管、進氣門、氣缸、噴油嘴等處都會形成積碳，我們寄希望于發(fā)動機在運轉過程中盡可能地抑制積碳的“滋生”，油品質量是個重要的因素，此外，發(fā)動機的結構設計也會導致在積碳形成部位和結構形態(tài)方面有所不同。

對于一臺缸內(nèi)直噴發(fā)動機而言，燃油噴射系統(tǒng)的結構發(fā)生變化，導致積碳形成的主要位置在于噴油嘴、燃燒室內(nèi)壁（含活塞頂部）和進氣門背面。積碳的成分主要是汽油和潤滑油組分、碳煙顆粒、無機灰分。噴油嘴、燃燒室和進氣門積碳的形成過程中均包含燃油和潤滑油因素。其中，燃油對噴油嘴和燃燒室的積碳“貢獻”更大，而潤滑油對進氣門的積碳“貢獻”更大。

溫度是影響發(fā)動機積碳形成的關鍵因素之一。在直噴發(fā)動機中，由于直噴發(fā)動機的噴嘴位于氣缸內(nèi)，發(fā)動機工作時，其表面溫度非常高，積碳通常難以聚集。但在熄火時，此次工作循環(huán)所噴出的燃油并未燃燒，燃油中易沉積物將相互結合并粘附在壁面上。由于燃燒室的溫度非常高，因此燃燒室積碳呈現(xiàn)出顆粒狀堆積，而且也最致密堅固，一旦形成后去除非常困難。而噴油嘴從進氣歧管移到缸內(nèi)后，其表面溫度也變得更高，因此噴油嘴處的積碳也變的更密集，更難去除。

對于進氣門背面的積碳，雖然在直噴發(fā)動機中燃油不會直接噴射在進氣門背面，但機油蒸汽會被曲軸箱通風系統(tǒng)引入到進氣歧管從而經(jīng)過進氣門進入氣缸燃燒，機油蒸汽中夾雜的微量機油成分在高溫的作用下形成了積碳，而進氣門背面因為沒有燃油的冷卻和清洗而更容易形成進氣門積碳，清除也變得更加困難。

汽油清凈劑對缸內(nèi)直噴發(fā)動機積碳的控制作用

由此看來，對于缸內(nèi)直噴發(fā)動機而言，噴油嘴、活塞頂部以及進氣門背部的積碳清除都比普通電噴（歧管噴射）發(fā)動機的積碳清除來得棘手。為了保持噴油嘴等關鍵部件的清潔性，減輕積碳對燃油經(jīng)濟性和動力性能的影響，我們可以定期采用缸內(nèi)直噴發(fā)動機專用的燃油添加劑來對油路、噴油嘴、進氣門背面以及活塞頂部的積碳起到清潔作用。這種專用清潔劑主要采用了高活性含氮化合物，可以有效滲透并分解高溫下生成的積碳。

我們選取四輛不同里程數(shù)的測試車輛，添加3M直噴發(fā)動機專用汽油添加劑后按照實際用車需求行駛約400～500公里的距離（車輛信息見表1），分別在汽油添加劑使用前和使用后，拆卸車輛發(fā)動機的火花塞，通過高分辨率內(nèi)窺鏡對噴油嘴、進氣門以及活塞頂部拍照來考察其沉積物程度，結果見表1～3。

從圖片上可以看出，四輛測試車輛的噴油嘴、活塞頂部和進氣門上的積碳或沉積物在使用直噴發(fā)動機專用汽油添加劑后都能得到有效去除。尤其是活塞頂部和噴油嘴周圍的積碳，在使用含專用清凈劑的汽油行駛了大約四五百公里后，沉積物幾乎完全去除。而進氣門背面上的積碳，由于含專用清凈劑的汽油無法直接被噴射到達其表面，沉積物去除效果比其他區(qū)域遜色一些。這也說明汽油添加劑對于進氣門背部的清潔作用有限，若要取得滿意效果可能還需進一步研究進氣系統(tǒng)清洗劑的配合使用。