发动机积炭形成原因及清除方法

◆文/江苏 郑芳民

发动机积炭形成原因及清除方法

◆文/江苏 郑芳民

很多技师反映车主总是提出同样的问题：“发动机积炭究竟是怎么形成的？”笔者通过整理技师们日常汽车维修过程中碰到的发动机积炭维修处理案例来简要的向广大车主们介绍发动机积炭方面的知识。下文将通过五个方面对发动机积炭做基本介绍。

一、发动机积炭是什么

人们普遍认为发动机的燃烧室内表面、发动机的进气歧管内表面、节气门周边的内表面、曲轴箱强制通风系统的内表面和发动机排气歧管的内表面残留的机油和燃油物质，即一层粘性的黑色物，随着发动机工作时间的增加，积聚的越来越多，黑色层也越来越厚，这种黑色物就被称为“积炭”。积炭在高温部位会呈现为硬块层状，在温度较低的部位，则呈现为粘性的柏油状(图1)。

图1 吉普指南者的进气歧管积炭

由于进气歧管积炭堆积较多，引起发动机进气歧管通道控制阀门驱动的电子元件损坏，动力总成电脑有故障码P2017记录，组合仪表发动机故障灯常亮。发动机动力下降，燃油消耗增加(图2)。

二、发动机积炭的危害

发动机积炭积聚到一定程度时，会使得发动机的运行工况变差，情况严重的会损坏发动机，造成发动机报废。例如，节气门部位的积炭会引起怠速不稳，燃油消耗增加，高怠速时起步发冲易引发事故；进气歧管部位的积炭会引起发动机的进气量下降，发动机的功率下降，燃油消耗增加；现在很多发动机带有进气通道风门控制机构，这个部位的积炭还会造成风门机构的故障或者损坏等；曲轴箱强制通风系统的积炭会引起发动机电脑控制系统故障，触发故障灯点亮，尾气中的有害排放物增加，严重的还会造成发动机漏机油，以及机油润滑系统的故障等。

发动机燃烧室内的积炭轻者会引起燃烧工况变差，燃油消耗增加，发动机运转不平稳，触发组合仪表的发动机故障灯点亮。严重的积炭会形成高温炙热点，在不该点火的时刻引燃混合汽，引起爆震燃烧。这种爆震燃烧不易被发动机电脑控制，会造成连杆弯曲，活塞穿孔等发动机机械零件的严重损坏。

排气歧管部位的积炭也是非常有害的，会堵塞二次空气系统的空气孔，造成三元催化器的效率下降或者报废，引发排放系统故障，组合仪表的发动机故障灯点亮，发动机功率下降，燃油消耗增加等。

三、发动机积炭的形成

研究发现，汽油发动机的积炭形成主要受四个因素影响。

1.汽油的品质

品质不好的汽油含有的杂质和不易燃烧的成分多，从进气歧管经过后，残留的液体状态的胶质物和没有充分燃烧的残留的物质积聚在喷油器的喷口部位，没有燃烧物就形成了这些黑色物质，俗称积炭。

2.发动机的燃烧工况

发动机的燃烧工况不良也是造成积炭增多的原因之一。例如，发动机的电脑控制系统有故障，组合仪表有故障灯点亮等。这种有故障工况下，空气和燃油的混合汽比例不能始终保持在14.7：1左右，如空气质量计(MAF)的信号误差太大、点火系统有故障存在、火花塞电极间隙损耗太大或点火线圈内部有击穿等，火花塞的火星弱引起混合汽在汽缸内不能充分燃烧，进一步引起燃烧后残留物增加，积炭也随之增加。一般认为，发动机低速运转期间，又有一定负荷的工况是积炭形成最多的工况。发动机在有部分负荷且高温高速运转时期是积炭形成最少的工况，而且在此期间还能把燃烧室附近已经有积聚的积炭燃烧吹走，换句话说，发动机有负荷时的高温高速运转是有清除积炭作用的。

3.发动机使用的机油品质

品质不好的发动机机油，使用过程中容易形成胶质，造成润滑不良，加速发动机的机械零件的磨损，引起活塞环的咬死，汽缸压力下降，燃烧工况变差，燃烧后的残留物增加，形成更多的积炭。品质差的机油还会对发动机造成致命性的损害，本文对此不做深入讨论。

4.驾驶员的开车习惯

驾驶员的开车习惯也是积炭形成的因素之一。如果车辆每次行驶里程短，很少在高温高速的工况下行驶，也是很容易形成积炭的。

四、不同喷油系统结构发动机积炭形成的差异

1.多点燃油喷射系统

目前大多数家用小汽车装配的都是汽油发动机，其余则是柴油发动机以及较少的混合动力和纯电动的动力机器。汽油发动机又大多数采用传统的多点燃油喷射系统(MPFI—Multi Port Fuel Injection，图3、4)，燃油喷射器安装在发动机燃烧室外的进气道中，发动机电脑通过控制喷油器的电磁线圈通电时刻对喷油量进行控制，进气阀门打开时段，雾状燃油和燃油蒸汽才被吸入燃烧室，经过压缩后被火花塞的火星点燃。这种汽缸外喷射燃油的方式已经被广泛采用，燃油系统的压力一般是3～5bar(1bar=105Pa)，喷油时刻是在进气阀门打开之前完成。

图2 吉普指南者的发动机进气阀门积炭

图3 奔驰GL450(MPFI)多点燃油喷射系统

图4 奔驰GL450 (MPFI)多点燃油喷射系统的喷油器

2.汽油直接喷射系统

还有一种汽缸内喷油方式的汽油发动机，一般称做“缸内直喷发动机”(GDI—Gasoline Direct Injection图5)最近几年也被各个汽车制造厂家所采用。顾名思义，这种喷油方式就是把汽油直接喷入发动机的燃烧室(注：所有柴油发动机都是直接把燃油喷入燃烧室的)。这个发动机的供油方式在1925年就出现了，由于成本原因，所以没有被汽车制造厂家所采用。

图5 宝马车760Li发动机N73V12缸6.0L缸内直喷燃油系统

除了燃油直接喷射进燃烧室，缸内直喷技术还有不同于多点燃油喷射技术的是：(1)喷油器喷口安装在燃烧室内；(2)喷油器的结构有电磁式和压电陶瓷式两种结构(多点燃油喷射喷油器仅有电磁式结构)，压电陶瓷式喷油器的触发响应速度极快，是电磁式喷油器响应速度的5倍，从而能更精确地控制燃油量；(3)燃油系统的压力也很高。

喷油时刻也需要发动机电脑进行精确控制。当然这种缸内直喷发动机与多点燃油喷射发动机比较而言主要优点有：(1)减少发动机尾气中的有害排放物；(2)发动机运转更加平稳；(3)降低燃油消耗；(4)增加输出功率。

GDI的燃油系统压力一般10～250bar。如宝马760Li M73B54 V12缸6.0L发动机燃油系统压力是3.5bar，是多点燃油喷射系统。而改成GDI喷油系统后的N73B60 V12缸 6.0L发动机燃油系统压力是50～120bar。2009年9月，宝马汽车公司在美国发布新款N74B60UO 的V12缸6.0L发动机，其燃油系统的压力高达245bar。宝马车的N54发动机直列6缸3.0L的燃油系统压力满负荷时燃油压力可以达到200bar。

GDI 系统的喷油时刻，可以通过发动机电脑的精确控制，到达节油和提高发动机动力输出的双重目的。相同功率的情况下，做到发动机的体积更小。缸内直喷发动机燃油最高压力值越高，其输出的功率和扭矩就越高。如N74B60 V12缸6.0L的功率是400kW，输出扭矩是750Nm。而老款N73B60 V12缸6.0L发动机输出功率仅327kW，扭矩600Nm。

当然对于这两种不同的燃油喷射系统，在发动机内形成的积炭也是有区别的。如多点喷射MPFI发动机的积炭部位，集中形成在发动机的进气歧管部位和进气阀门的周边，还有就是节气门阀门周边，燃烧室的积炭就不多。缸内直喷发动机的燃油是直接进入燃烧室，不完全燃烧物集中在燃烧室附近，积炭较多部位在燃烧室内，如火花塞、喷油器喷口、活塞顶部和燃烧室穹顶部位。而进气歧管部位，如进气道和节气门就较少有积炭形成，如图5所示。

五、应对发动机积炭的方法

为避免积炭现象的发生，车辆加燃油时要尽量选择信得过的加油站。汽油的标号对积炭的形成影响很轻微，但是汽油的品质却对发动机影响很大。发动机的机油采购要避免低价格的再生机油和勾兑机油。要到正规的汽车维修店做机油更换、保养和检测。

对于长期每天短程使用的车辆，建议每个月能至少一次开车在高速路上行驶20～30min，时速80km/h或者更快。这样就可以有效的消除积炭，防止积炭越积越多，引起缺缸、油耗增加和排放净化系统元件如三元催化器的损坏等。如果积炭已经形成，那么清除发动机积炭常用的方法都是有效的，常用的除炭方法有使用溶剂清除和机械清除两种。

1.使用溶剂清除积炭

目前市面上有许多种有效除炭溶剂，用来溶解、软化积炭。可以让发动机怠速运行一段时间，通过除炭剂对进气歧管，进气阀门、燃烧室、火花塞排气阀门等部位的积炭进行溶解和软化，然后排出发动机外。也有些汽车维修店采用“打吊瓶”的方法，把可燃的除炭清洗剂从供油管道充入到燃烧室，保持发动机运行一段时间，可以把汽油供油管和喷油器清除积炭，改善喷油雾化工况，明显改进燃烧工况，达到增加动力和节油的目的。专门用于节气门清洗的除炭喷剂也很常见。

2.机械清除

对于发动机有些部位的积炭，除炭溶剂清除效果不理想，特别是积炭多而且硬化了，除炭溶剂很难到达的部位，这种情况有效的除炭方法就是分解有积炭的部位，用钢丝刷、铲刀、钻头等工具清除。最常用的是电动钢丝刷，用于黑色金属表面的积炭清除；电动塑料刷，用于非金属表面的积炭清理等。