汽車發動機積碳處理新技術方法的探討

蔣 晶，申會明，何依航

（1.廣西職業技術學院，廣西南寧530226；2北京現代廣西通源店，廣西南寧530031）

汽車發動機積碳處理新技術方法的探討

蔣 晶1，申會明2，何依航2

（1.廣西職業技術學院，廣西南寧530226；2北京現代廣西通源店，廣西南寧530031）

針對發動機積碳產生的影響與危害問題，首先介紹了積碳產生機理，然后在現有常用積碳處理技術方法的基礎上，研究分析了高純氫除積碳處理技術的原理及試用處理效果。試驗結果表明，高純氫除碳處理新技術處理積碳效果明顯改善，并突出了其優勢。可見，高純氫除碳處理技術及氫氧除碳技術具有良好的應用性及推廣價值。

汽車；發動機；積碳；高純氫；新技術

環保與節能是汽車發動機發展圍繞的核心問題，減少或防止發動機積碳的產生不僅是對發動機的性能提升帶來極大的好處，而且能節約能源，保護環境。為了高效地清除發動機積碳，減少和預防積碳引起的危害，降低汽車發動機維護成本，提高企業效益，研究積碳生成機理，尋求和掌握更經濟、便捷節能的積碳清除技術是非常有必要的。本文總結了現有常用積碳處理技術方法，研究分析了高純氫除積碳處理技術的原理及試用處理效果。

1 汽車發動機內部積碳形成機理與危害

由汽油發動機的控制原理可知，汽油發動機內部積碳是不可避免的問題。因每次熄滅發動機的一瞬間，先切斷點火，而噴油器噴出的油已然不能收回，卻又不能被點燃，只能附在發動機的進氣門及燃燒室內壁上，汽油揮發走后，汽油成分里的膠質、蠟和無法完全引爆的碳氫化合物爆炸后產生的微小顆粒未能及時與廢氣排出，而只能堆積在燃燒室內表面。這些膠質和蠟會日積月累不斷變厚，并反復受熱后就成了積碳。積碳在燃燒室內、進氣門、進氣管、噴油嘴等部位都可能會產生。

燃燒室內的積碳如果嚴重，會導致燃燒室溫度升高，造成火花塞在點火的同時自行引爆燃燒室的混合氣，產生爆震現象。進氣門上的積碳會吸附一部分每次噴入的油，會讓混合氣變稀，導致發動機啟動困難，怠速發抖，加速不良，尾氣排放超標，油耗增加等異常現象，更嚴重時會使氣門關閉不嚴而出現氣缸壓力嚴重降低而不工作或使氣門不能回位而讓活塞與氣門產生運動干涉，從而使發動機嚴重損壞。進氣氣管里的積碳則會不斷讓進氣管壁變厚，進氣流易在其中發生“渦旋”效應，氣流速度下降，則導致發動機動力下降。停留在噴孔附近的未能燃燒的燃油而形成油滴（膠質和蠟），在高溫及氧化作用下會形成積碳，并沉積在噴孔附近，這會使得噴油孔部分堵塞，則噴孔噴油的噴射角度變變小，導致霧化不良，燃燒不完全，動力下降，從而會形成積碳惡性循環[1]。因此需要經常處理發動機的積碳問題。

2 汽車發動機積碳的處理常規方法

清洗發動機內部積碳的方法現已有很多種，每種都有其各自的特點，且成本也不同，車主可根據車輛使用情況及積碳情況可采取不同的方法。常用方法可分為有拆機清洗及免拆機清洗法兩種。

2.1 拆機清洗法

這種傳統的清洗積碳的方法，要對發動機進行拆卸分解或部分分解，再對發動機的進氣通道，節氣門、氣門、燃燒室、噴油器等部件進行積碳清洗。顯然，這種方法對積碳嚴重部位的清洗效果肯定很明顯，可太費時費力，而且對一些采用GDI（Gasoline Direct Injection，汽油直接噴射）和渦輪增加技術的發動機來說，其拆卸工作更加困難，裝復之后也會在不同程度上破壞其原有的密封性，影響到發動機的性能。

2.2 免拆清除法

免拆清除積碳指在不分解拆卸發動機的前提下，利用物理或化學的方法對其中積碳部位的積碳進行清除出發動機體外。這種技術方法適用于各部位積碳情況不嚴重的情況下清洗，而對于積碳特別嚴重的地方只好用前面的拆解清洗的方法。免拆清除積碳技術應用有很多種，如用藥液清洗（俗稱打吊瓶）或加注汽油添加劑進行清除積碳，或使用免拆除碳專用設備進行等。藥液清洗是通過化學作用溶解表面的雜質來清除的，具有一定的清潔作用，但缸內燃燒室內的積碳雜質難清除凈，也可能存在一些副作用。現有的一些汽油添加劑含有清潔活化因子能去除燃油中的膠質物以及發動機積碳等物質，連續使用排氣管上的積碳能明顯減少。而用于進行清除積碳的專用設備則采用了不同的科技手段。

3 積碳處理新技術方法的應用

對發動機積碳處理的新技術應用主要體現在一些免拆除碳專用儀器設備上，包括電控超聲波多功能發動機內部清洗機，高純度氫的清除積碳專用設備及免拆無損清洗發動機積碳的氫氧除碳機的應用。

3.1 超聲波清碳技術

超聲波清碳技術是在清洗機的基礎上改進的。其原理是用清洗機供給原車供油系統，并給發動機提供添加清洗劑，在讓發動機怠速運轉過程中，清洗劑與燃燒系統中原有的結膠及積碳發生化學反應，使得其軟化、脫落、分解成小顆粒或使其燃燒、汽化而排出機外。在清洗過程中，超聲波發生器發送強有力的高頻振動波到氣門、燃燒室等零件表面，使得零件表面或內部的污物、氧化物、積碳等破碎，這可使化學溶劑不能分解的臟物從其表面粉碎脫落而清洗掉，從而達到清除積碳的目的。

這種不解體的清洗技術清洗效果很顯著。清洗后發動機缸內積碳較清洗前明顯減少，氣缸頂、氣門等部位顯得光潔；發動機起步、加速性明顯提高；油耗降低，排污可減少20%~40%[2]，可使得發動機綜合性能顯著增強。

3.2 高純氫除碳技術

高純氫除碳技術可以說是較新穎先進的技術。高純度氫清除積碳的專用設備現已投入市場使用，在我國處于技術推廣使用狀態。

其工作原理：發動機內汽油能正常燃燒的化學反應式為：

不易氧化的汽油會在氣門及噴油嘴上形成膠質，燃燒室內局部溫度較低的部位汽油不能完全燃燒而在燃燒室內壁產生焦碳物質。此反應式如下：

此類設備能引進美國固態質子交換膜技術制作水電解電池，電解水而產生高純度的氫氣，其原理為：2H2O-4e-→O2+4e-4H++4e-→2H2從而產生得到H2+O2.

再將設備產生的高純度氫氣控制在特定狀態下提高其活化能力后與積碳發生化學反應：

積碳及油泥與氫反應后會以CO（或CO2）與水氣或油氣狀態從排氣系統中排出。簡單地說，正在推廣使用的高純度氫除碳設備如HG-BF1800（見圖1）就是把設備產生的純度達99.999%的氫引入燃燒室，在高溫和壓力環境下把氫分子轉化為高活性氫離子，氫離子便會與積碳、氧化物及油泥反應生成CH和H2O而隨著尾氣排出[3]，即高純度氫通過化學作用與積碳、油泥、膠沉淀反應，反應物以氣態形式排出。

圖1 純氫除碳儀器

利用此設備對各類車型試驗，將產生的高純度的氫，通過進氣岐管，進入發動機缸體一段時間，怠速運行清洗后用尾氣分析儀對排出的尾氣分析可知，一氧化碳、碳氫等有害氣體排放量減少都在60%左右，廢氣排放的降低效果顯著[3]。且用此類設備清除表面積碳后，零件表面清潔度明顯改善，如圖2所示為廣本雅閣（發動機L4）2.4 EX清晰后的活塞頂部。

圖2 純氫除碳效果

對于長期未作定期清潔和保養的車輛，發動機進氣管道、氣門、燃燒室內部、火花塞及噴油嘴等部位的積碳較嚴重，會嚴重影響發動機的正常工作。采用純氫除碳對此類車發動機處理，安全性更高，操作更便捷。表1為某4S店利用此類設備對北京現代悅動1.6 L，行駛里程為4萬km的車輛進行積碳清洗的前后數據對比。數據表明，經處理后，發動機排放的CO、HC、NOX的成分明顯降低，有效地減少了對環境的污染。

表1 北京現代悅動1.6 L積碳清除前后數據對比

經過對一系列車試驗檢驗發現，采用此類設備定期對車輛發動機進行積碳清洗保養，會使得這些部位明顯地保持潔凈，部件功能正常運轉，讓發動機點火更順暢，怠速運轉更穩，燃油燃燒更充分，減少油耗，讓車主感覺到油門更輕、動力強勁，并可減少有害尾氣排放，降低對環境污染。

3.3 氫氧除碳技術

氫氧除碳機與高純氫除碳機有類似的地方，它也需要電解水。可它是利用電解水的方式得到氫氣與氧氣的混合氣（布朗氣）通過進氣系統被引入到發動機的燃燒室，點火引燃，運用布朗氣的氫氧催化原理、富氧燃燒原理及水氫循環原理等特性進行積碳的清除。據相關報道[4]：其除碳效果也較明顯，能讓發動機恢復動力，降低油耗10%左右，廢氣排放顯著降低。表2為用此設備對某尼桑2005年款2.0車的發動機（車輛里程：78 088 km）的積碳清洗前后的數據。

表2 2005款NISSAN X-TRALL 2.0 L積碳清除前后數據對比

4 結束語

汽車發動機的積碳清除技術方法有拆解和免拆解的，有針對局部和整個系統的，效果各異。高純氫除碳處理通過電解水產生高純度的氫，然后再讓氫與積碳發生化學反應，積碳及油泥與氫反應后會以CO（或CO2）與水氣或油氣狀態從排氣系統中排出，從而達到高效除積碳效果，省去了拆卸清除積碳方法的繁瑣，提高了工作效率，從而也節約了生產成本。氫氧除碳技術也是通過電解水的方法，得到氫氣，再讓氫氣與氧反應，利用氫氧催化及富氧燃燒原理等特性來清除積碳的，清除效果亦很顯著，能讓發動機回升動力，減少油耗和降低排放。高純氫除碳處理技術及氫氧除碳技術是免拆卸的新技術方法，且除積碳效果都要很顯著，值得推廣使用。這種便捷易操作、免拆卸清除，且經濟又環保的發動機積碳清除的技術方法是較先進的，是今后的發展趨勢。如果能把積碳清除的過程通過系統設備軟件可透視性的顯示出來，將更有說服力，更受大眾的歡迎。

[1]吳良芹.汽車發動機積碳分析及清理[J].農業裝備與車輛工程，2009（01）：48-50.

[2]梁少敏.汽車發動機不解體清洗技術與設備選購[J].交通標準化，1996（02）：34-35.

[3]沈冰.HG-BF1800多功能引擎機清潔機介紹[EB/OL].四川：成都八福電力科技有限公司.2013.https：//wenku.baidu. com/view/f5a3ff5efe4733687e21aac8.htm l from=search，2013-05-29.

[4]李成龍.新型氫氧除碳機關鍵技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014.

The Discuss of Carbon Deposition TreatmentNew Technology Method AboutCar Engines

JIANG Jing1，SHENG Hui-ming2，HE Yi-hang2
（1.Guangxi Vocational and Technical College，Nanning Guangxi 530226，China；2.Beijing Hyundai Guangxi Tongyuan Shop，Nanning Guangxi 530031，China）

For the impact of carbon deposition and the harm for engine problems，first this paper introduces the mechanism of carbon deposition，then researches and analysis the principle of high purity hydrogen eliminating the carbon deposition technology and the trial treatment effect on the basis of existing commonly clearing carbon processing method.The test results show that the effect of new technology of high purity hydrogen carbon removal carbon deposition is improved obviously，and highlights its advantages.Visible，high purity hydrogen get rid of carbon and hydrogen carbon removal technology has good application and popularization value.

cars；the engine；carbon deposition；high purity hydrogen；the new technology

U472.2

A

1672-545X（2017）04-0155-03

2017-01-07

蔣晶（1977-），男，高級技師/講師，主要從事汽車維修檢測及環保節能等方面研究工作。