增压直喷发动机容易积碳原因分析及清除方法

2017-01-12潍坊工程职业学院李炳贤

河北农机 2016年12期

关键词：积碳进气管曲轴箱

潍坊工程职业学院李炳贤

潍坊工程职业学院李炳贤

本文主要从积碳产生的原因分析了增压直喷发动机比普通自然吸气、歧管喷射发动机更容易形成积碳的原因以及积碳的清除方法。

积碳；直喷；增压

近几年，随着环保政策越来越严格，世界各大汽车厂商纷纷采用小排量涡轮增压发动机，为了提高动力，涡轮增压发动机大多开始使用缸内直喷技术，涡轮增加+缸内直喷发动机在提高汽车动力的情况下，降低了对环境的污染，降低了燃油消耗，给广大消费者带来了福音。新技术给我们带来便利的同时，也产生了相应的问题，那就是涡轮增压+缸内直喷发动机比普通发动机更容易积碳，本文从结构、原理方面分析了这类发动机容易产生积碳的原因及清除积碳的方法。

1 什么是积碳

积碳指的是燃烧后的残留物，汽车在行驶过程中，燃油和润滑油在高温、氧化及不充分燃烧的情况下形成的。积炭主要分为气缸外部的积炭和气缸内部的积炭。发动机工作时，燃油、少量的机油蒸汽和一些杂质不能完全燃烧，在高温作用下，未燃烧的的部分氧化形成胶质黏附在进气歧管、气门、活塞和燃烧室表面，在经过高温作用进一步形成沥青状的物质，这样就形成了积炭。积炭附着在进气管、气门及燃烧室内，对发动机的性能存在不良影响。

2 积碳产生的原因

2.1 燃油因素

燃油在提炼过程中，由于技术的原因，其中或多或少地含有一些杂质，这些杂质在发动机工作时有些不能参与燃烧，虽然大部分被排除，但仍有残留，还有一部分并不能充分燃烧，这些残留物随着发动机的工作不断积累，附着在进气管、气门及燃烧室表面，形成积碳，影响发动机的正常工作。

2.2 曲轴箱强制通风系统

发动机在正常工作时，为了维持活塞的正常运转，曲轴箱内空气被强制排入进气管。但由于曲轴箱存放大量机油，机油会随着曲轴的转动而被搅动，因此曲轴箱强制通风系统在正常工作

从优化结果分析得出，在载荷密度比较大的地方保留的材料比较多，能在保证结果强度的前提下最大限度减少材料。另外，在车身大梁分布的位置，优化设计结果也符合车身实际设计要求。

3 新能源客车结构设计及强度分析

新能源客车车身设计时应注意把车身机构尽量设计成一体，形成闭合空间，这样不仅可以减少加工量还可以增强其结构强度，车身结构设计图如图4所示。

图4 新能源客车车身骨架结构

从图中可以看出，车身骨架形成一个紧密结合的整体，避免了应力集中，增强了车身整体刚度，车架受力得到改善。

采用Hypermesh软件对优化后车身骨架进行静强度分析，材料属性及力学特性同表1，其中,车身结构焊缝部分采用焊接单元模拟，分析结果为车身骨架最大应力为153.5MPa，小于Q235材料所允许的屈服强度，车身最大变形为5.05mm，满足设计需求。

4 结论

本文结合某新能源客车实际研究课题，采用拓扑优化方法对其车身骨架进行了拓扑优化设计并对拓扑后车身结构做屈曲强度分析，分析证明：拓扑后车身安全性良好，并且符合车身设计要求。

[1]田文华.华晨纯电动全承载式公交客车的轻量化研究和设计[D].大连理工大学,2015.

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[3]王超.电动客车铆接车身骨架有限元分析及轻量化设计[D].合肥工业大学,2015.

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[5]王爱民,王旭,任慧龙,卢小龙.基于直接计算法的双体船强度有限元分析[J].船海工程,2016,04:24-27+32.时，除了会把空气排入进气管内，还会把一些机油或者夹在空气里的机油蒸汽排入进气管，这些机油会随着高流量的空气进入气门顶部，由于靠近气缸的地方温度很高，机油容易在这里形成沉积，逐渐形成积碳。

2.3 外部环境

由于现在城市交通路况比较拥堵，车辆经常处于走走停停的状态，发动机经常处于怠速状态，或者北方冬天温度较低，发动机经常以浓混合气状态工作，造成汽油不完全燃烧，逐渐形成积碳。

2.4 发动机自身问题

发动机在停止运转时，由于燃烧室温度急剧降低，喷油器孔处的油滴不能完全蒸发，会吸附空气中的杂质，长时间积累会在喷孔处形成积碳；另一方面，发动机熄火瞬间，喷油器喷入燃烧室内的汽油在高温作用下会很快蒸发，但其中的胶质物质却被吸附在汽缸表面和气门顶部，日积月累形成积碳。

2.5 空气质量差

由于吸入的空气中含有细小灰尘，汽车中虽有空气滤清器，但无法全部滤除，伴随汽油一起冲刷气门背部，长时间冲刷造成细微划痕。细小颗粒与来自曲轴箱的润滑油储存在划痕中，在高温下形成漆状物，经长时间积累，并混合燃油中的蜡等成分形成积碳。

3 增压直喷发动机为什么比普通自然吸气+歧管喷射的发动机更容易形成积炭

对于缸外喷射的发动机，进入进气歧管的是空气和燃油的混合气，这一部分燃油会对进气歧管及进气门进行一定的冲刷，从而减少进气管及气门部位积碳的沉积。而对于缸内直喷发动机来说，由于进入进气道的是纯空气，这样就不能对进气管及气门进行冲刷，那么就更容易在进气歧管及气门顶部形成积碳。对涡轮增压加缸内直喷发动机来说，由于涡轮增压的作用，从曲轴箱进入进气道的空气压力更大，把更多的燃油及燃油蒸汽带入进气管中，在高温作用下，在进气歧管及气门顶部形成更多积碳。

4 发动机积碳对汽车的危害

4.1 节气门处的积碳

如果节气门处积碳，会造成电脑接收错误信号，造成发动机怠速不稳、油耗升高等问题。

4.2 气门处积碳

气门处积碳会造成气门关闭不严，进气量减少，造成发动机动力性能减弱，油耗增加。另一方面，节气门处的积碳会吸附混合气中的燃油，使原有的空燃比发生改变，造成发动机怠速不稳、失火、冷启动困难等问题。

4.3 燃烧室表面积碳

燃烧室表面积碳，会减小燃烧室的表面积，从而增大发动机的压缩比，造成发动机爆震，同时积碳会使燃烧室温度升高，造成早燃，影响发动机性能和使用寿命。

4.4 活塞积碳

活塞顶部积碳，会形成许多炽热面，引起发动机早燃和爆燃，缩短发动机的使用寿命。活塞环内积碳，会使活塞环背隙、边隙变小，甚至无间隙；造成活塞环胶结失去弹性，甚至折断活塞环而拉缸。

5 清除积碳的方法

5.1 化学清除法

化学清除积碳主要是使用燃油清洁剂。燃油清洁剂的主要成分是：聚醚胺、聚乙丁烯胺，其原理是利用极性基团将沉积物微小颗粒包围起来，与汽油形成油溶性胶束分散到汽油中，随汽油燃烧，实现清洗目的，利用非极性基团优先吸附金属表面，形成一层保护膜，防止沉积物在金属表面黏附，保持清洁作用。燃油清洁剂对歧管喷射发动机效果非常明显，不仅能清除气缸内部的积碳，对进气歧管及气门部位也有很好的清洁作用，但对于缸内直喷发动机来说，由于喷油器被布置在气缸内部，从进气歧管进来的是纯空气，燃油清洁剂是混合在燃油中的，所以对缸内直喷车型来说，燃油清洁剂只能清洗气缸内部的积碳，而对进气管及气门顶部的积碳无法清理。

5.2 物理清除法

对于积碳比较严重的发动机，使用燃油清洁剂效果并不明显，只能借助工具进行刮除。节气门和气门积碳比较容易处理，拆解后，喷上清洁剂用毛巾擦除即可。对于气缸内的积碳，拆解后，利用铲刀等工具对燃烧室表面、活塞环槽表面的积碳予以铲除，这种方法虽然简单有效，但是由于积碳附着在金属表面比较牢固，在铲除的过程中容易对气缸造成损伤，而且对气缸拆解后，由于技术原因，密封性没有出厂时好，这些都会为发动机性能造成不良影响，因此一般不建议采用此种方法。