發動機積炭形成原因及清除方法

◆文/江蘇 鄭芳民

發動機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題：“發動機積炭究竟是怎么形成的？”筆者通過整理技師們日常汽車維修過程中碰到的發動機積炭維修處理案例來簡要的向廣大車主們介紹發動機積炭方面的知識。下文將通過五個方面對發動機積炭做基本介紹。

一、發動機積炭是什么

人們普遍認為發動機的燃燒室內表面、發動機的進氣歧管內表面、節氣門周邊的內表面、曲軸箱強制通風系統的內表面和發動機排氣歧管的內表面殘留的機油和燃油物質，即一層粘性的黑色物，隨著發動機工作時間的增加，積聚的越來越多，黑色層也越來越厚，這種黑色物就被稱為“積炭”。積炭在高溫部位會呈現為硬塊層狀，在溫度較低的部位，則呈現為粘性的柏油狀(圖1)。

圖1 吉普指南者的進氣歧管積炭

由于進氣歧管積炭堆積較多，引起發動機進氣歧管通道控制閥門驅動的電子元件損壞，動力總成電腦有故障碼P2017記錄，組合儀表發動機故障燈常亮。發動機動力下降，燃油消耗增加(圖2)。

二、發動機積炭的危害

發動機積炭積聚到一定程度時，會使得發動機的運行工況變差，情況嚴重的會損壞發動機，造成發動機報廢。例如，節氣門部位的積炭會引起怠速不穩，燃油消耗增加，高怠速時起步發沖易引發事故；進氣歧管部位的積炭會引起發動機的進氣量下降，發動機的功率下降，燃油消耗增加；現在很多發動機帶有進氣通道風門控制機構，這個部位的積炭還會造成風門機構的故障或者損壞等；曲軸箱強制通風系統的積炭會引起發動機電腦控制系統故障，觸發故障燈點亮，尾氣中的有害排放物增加，嚴重的還會造成發動機漏機油，以及機油潤滑系統的故障等。

發動機燃燒室內的積炭輕者會引起燃燒工況變差，燃油消耗增加，發動機運轉不平穩，觸發組合儀表的發動機故障燈點亮。嚴重的積炭會形成高溫炙熱點，在不該點火的時刻引燃混合汽，引起爆震燃燒。這種爆震燃燒不易被發動機電腦控制，會造成連桿彎曲，活塞穿孔等發動機機械零件的嚴重損壞。

排氣歧管部位的積炭也是非常有害的，會堵塞二次空氣系統的空氣孔，造成三元催化器的效率下降或者報廢，引發排放系統故障，組合儀表的發動機故障燈點亮，發動機功率下降，燃油消耗增加等。

三、發動機積炭的形成

研究發現，汽油發動機的積炭形成主要受四個因素影響。

1.汽油的品質

品質不好的汽油含有的雜質和不易燃燒的成分多，從進氣歧管經過后，殘留的液體狀態的膠質物和沒有充分燃燒的殘留的物質積聚在噴油器的噴口部位，沒有燃燒物就形成了這些黑色物質，俗稱積炭。

2.發動機的燃燒工況

發動機的燃燒工況不良也是造成積炭增多的原因之一。例如，發動機的電腦控制系統有故障，組合儀表有故障燈點亮等。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，如空氣質量計(MAF)的信號誤差太大、點火系統有故障存在、火花塞電極間隙損耗太大或點火線圈內部有擊穿等，火花塞的火星弱引起混合汽在汽缸內不能充分燃燒，進一步引起燃燒后殘留物增加，積炭也隨之增加。一般認為，發動機低速運轉期間，又有一定負荷的工況是積炭形成最多的工況。發動機在有部分負荷且高溫高速運轉時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有積聚的積炭燃燒吹走，換句話說，發動機有負荷時的高溫高速運轉是有清除積炭作用的。

3.發動機使用的機油品質

品質不好的發動機機油，使用過程中容易形成膠質，造成潤滑不良，加速發動機的機械零件的磨損，引起活塞環的咬死，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。品質差的機油還會對發動機造成致命性的損害，本文對此不做深入討論。

4.駕駛員的開車習慣

駕駛員的開車習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、不同噴油系統結構發動機積炭形成的差異

1.多點燃油噴射系統

目前大多數家用小汽車裝配的都是汽油發動機，其余則是柴油發動機以及較少的混合動力和純電動的動力機器。汽油發動機又大多數采用傳統的多點燃油噴射系統(MPFI—Multi Port Fuel Injection，圖3、4)，燃油噴射器安裝在發動機燃燒室外的進氣道中，發動機電腦通過控制噴油器的電磁線圈通電時刻對噴油量進行控制，進氣閥門打開時段，霧狀燃油和燃油蒸汽才被吸入燃燒室，經過壓縮后被火花塞的火星點燃。這種汽缸外噴射燃油的方式已經被廣泛采用，燃油系統的壓力一般是3～5bar(1bar=105Pa)，噴油時刻是在進氣閥門打開之前完成。

圖2 吉普指南者的發動機進氣閥門積炭

圖3 奔馳GL450(MPFI)多點燃油噴射系統

圖4 奔馳GL450 (MPFI)多點燃油噴射系統的噴油器

2.汽油直接噴射系統

還有一種汽缸內噴油方式的汽油發動機，一般稱做“缸內直噴發動機”(GDI—Gasoline Direct Injection圖5)最近幾年也被各個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動機的燃燒室(注：所有柴油發動機都是直接把燃油噴入燃燒室的)。這個發動機的供油方式在1925年就出現了，由于成本原因，所以沒有被汽車制造廠家所采用。

圖5 寶馬車760Li發動機N73V12缸6.0L缸內直噴燃油系統

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

噴油時刻也需要發動機電腦進行精確控制。當然這種缸內直噴發動機與多點燃油噴射發動機比較而言主要優點有：(1)減少發動機尾氣中的有害排放物；(2)發動機運轉更加平穩；(3)降低燃油消耗；(4)增加輸出功率。

GDI的燃油系統壓力一般10～250bar。如寶馬760Li M73B54 V12缸6.0L發動機燃油系統壓力是3.5bar，是多點燃油噴射系統。而改成GDI噴油系統后的N73B60 V12缸 6.0L發動機燃油系統壓力是50～120bar。2009年9月，寶馬汽車公司在美國發布新款N74B60UO 的V12缸6.0L發動機，其燃油系統的壓力高達245bar。寶馬車的N54發動機直列6缸3.0L的燃油系統壓力滿負荷時燃油壓力可以達到200bar。

GDI 系統的噴油時刻，可以通過發動機電腦的精確控制，到達節油和提高發動機動力輸出的雙重目的。相同功率的情況下，做到發動機的體積更小。缸內直噴發動機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發動機輸出功率僅327kW，扭矩600Nm。

當然對于這兩種不同的燃油噴射系統，在發動機內形成的積炭也是有區別的。如多點噴射MPFI發動機的積炭部位，集中形成在發動機的進氣歧管部位和進氣閥門的周邊，還有就是節氣門閥門周邊，燃燒室的積炭就不多。缸內直噴發動機的燃油是直接進入燃燒室，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，如火花塞、噴油器噴口、活塞頂部和燃燒室穹頂部位。而進氣歧管部位，如進氣道和節氣門就較少有積炭形成，如圖5所示。

五、應對發動機積炭的方法

為避免積炭現象的發生，車輛加燃油時要盡量選擇信得過的加油站。汽油的標號對積炭的形成影響很輕微，但是汽油的品質卻對發動機影響很大。發動機的機油采購要避免低價格的再生機油和勾兌機油。要到正規的汽車維修店做機油更換、保養和檢測。

對于長期每天短程使用的車輛，建議每個月能至少一次開車在高速路上行駛20～30min，時速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元件如三元催化器的損壞等。如果積炭已經形成，那么清除發動機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，用來溶解、軟化積炭?？梢宰尠l動機怠速運行一段時間，通過除炭劑對進氣歧管，進氣閥門、燃燒室、火花塞排氣閥門等部位的積炭進行溶解和軟化，然后排出發動機外。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，保持發動機運行一段時間，可以把汽油供油管和噴油器清除積炭，改善噴油霧化工況，明顯改進燃燒工況，達到增加動力和節油的目的。專門用于節氣門清洗的除炭噴劑也很常見。

2.機械清除

對于發動機有些部位的積炭，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。最常用的是電動鋼絲刷，用于黑色金屬表面的積炭清除；電動塑料刷，用于非金屬表面的積炭清理等。