积碳产生的原因.doc

发动机故障及污染物排放与积炭的关联性

一、发动机积炭的产生
1、发动机积碳的现象
在发动机燃烧室中, 有时由于氧气量供应不足, 燃油燃烧时不完全，产生油烟的现象。同时，氧气供应量不充足， 窜入燃烧室的润滑油也会不能完全燃烧，产生烧焦润滑油的颗粒。混合大量燃烧残留物的润滑油和油烟在发动机中被氧化成一种胶状液体一轻基酸。轻基酸进一步氧化就变成一种树醋状胶质而牢固地粘附在发动机零件表面上。随后在高温作用下, 胶质又进一步聚合成更复杂的聚合物, 成硬质胶结炭, 俗称积炭。
2、发动机积碳的成分
发动机积炭的成分主要是胶结炭（C），但是其成分和性质随发动机的结构、使用条件、所用燃料及润滑油性质，以及随空气进入燃烧室内的杂质不同而不同。即使在同一个燃烧室内, 各不同零件及部位上的积炭, 其性质和成分也不尽相同。
一般说来其化学成分是：各种物质润滑油及燃料燃烧生成的碳质沉积物、燃料中的硫元素燃烧后与金属结合成的硫酸盐，润滑油中的有机金属盐添加剂燃烧的金属化合物，空气中的灰、沙等硅化合物，发动机零件磨损的微量金属屑及其化合物。
积炭的成分很复杂，其中以不易挥发的成分居多，如沥青、焦油等。发动机工作温度越高，易挥发物质含量越低；不易挥发成分的含量越高，则形成的积炭层越坚硬越紧密，与金属的结合也越牢固。
3、发动机积碳产生的成因
发动机积炭是燃油和润滑油不完全燃烧的产物。它的产生跟燃油和润滑油使用环境条件、相关性能以及本身品质有着密切的关系。因此, 凡是引起燃油不完全燃烧和润滑油非正常进入发动机高温部位的影响因素均是造成积炭形成的原因。
汽油机混合气过浓，柴油机供油量过大，空气滤清器或气道阻塞，使空气量的供给减少，造成空燃比降低， 燃油不能完全燃烧。
点火时刻或供油时间不准确，造成燃烧温度发生变化，难以保证燃油完全燃烧。点火过早, 部分燃烧过程将提前在压缩行程中进行, 使气体压力在活塞到达上止点前就达最大值； 油耗增加点火过迟， 燃烧过程将延迟在膨胀行程中进行，导致燃烧压力降低，油耗增加。
发动机温度过低，火花塞或喷油器工作不良， 造成雾化或气化不良，从而使燃油不能完全燃烧。装配时，活塞环对口，扭曲环切槽方向装反活塞环弹性减弱或因磨损使端隙过大活塞环与缸壁配合间隙过大或气缸壁磨损过甚，造成密封不严，导致机油窜人燃烧室。
气门及气门座圈密封不良，气门杆与气门导管磨损过甚，间隙过大，从而导致机油进人气缸以及吸附在气门上。
燃油的品质较差，杂质较多，不符合规定。燃油品质对汽车排放污染物有很大程度的影响，其中烯烃与芳烃以及金属类物质增加汽缸中的积碳,使尾气排放增加。空气中含有的细小灰尘颗粒在空气滤清器无法完全滤除，伴随油气一起冲刷气门背部， 经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，与混合燃油中的蜡等成分形成积炭。
交通拥堵使得发动机长时间处于怠速运转状态，导致汽油机混合气较浓，当较浓混合气在经过不同宽度、不同长度及具有一定弯曲弧度的进气歧管时，由于空气和汽油颗粒的密度不同， 空气比较容易改变方向, 而汽油颗粒受惯性力的作用则继续向歧管末端运动, 由此造成混合气浓度的均匀性较差。无法保证燃油完全燃烧。
二、发动机积炭的危害
机动车尾气排放的污染物主要指的是CO、HC和NOX等。HC主要指未燃烧完全的燃油碳氢化合物分子。产生的原因是在喷油器上因积碳的堆积使喷油雾化不正常，便使HC化合物在燃烧室来不及燃烧就被排出，这样不仅增加了尾气排放，同时还造成发动机工作性能下降。因积碳多常使混合气变浓，燃油不能完全燃烧而生成CO。CO是烃类燃料在燃烧过程中由于缺氧而不能完全燃烧的产物。所以在车辆正常工作情况下，汽车尾气超标，主要原因是排气系统内有积碳堆积。
积炭是不良导热体, 本身的温度较高, 它的存在不但占据一定的空间，而且在高温下易形成炽热点,引起汽油机早燃和爆震，影响发动机的工作性能和使用寿命。积炭脱落形成的磨料颗粒造成机件的磨料磨损积炭形成的高温颗粒会导致汽油机提前点火，使发动机功率下降，工作紊乱积炭加速润滑油的污染变质且堵塞润滑油油路，破坏润滑系统的正常工作，从而造成机件的异常磨损。对于电控燃油喷射系统，积炭过多还会使节气门位置发生变化，使电脑接收到错误信号，计算出错误的供油量、供油时刻，导致供油过多，油耗升高等。
积炭主要产生在火花塞电极、活塞顶部和燃烧室表面、活塞环槽、气门组件、喷油嘴、进气歧管衬垫以及排气管消声器内壁等部位。
火花塞电极积炭：火花塞电极积炭使电极间的跳火间隙变小，导致火花塞中心电极与旁电极间产生的高压火花变弱， 当积炭严重时，在燃油湿润后，相当于在火花塞电极间并联了一个分路电阻， 短路点火电极，造成火花塞漏电，消耗部分电磁能，无法产生足够强度的火花， 导致发动机发抖。
活塞顶部和燃烧室表面积炭：活塞顶部和燃烧室表面积炭后使冷却效果变差，燃烧室容积减小，压缩比增大，其所形成的炽热面还会引起汽油机“ 表面点火”，导致其“ 早燃” 或“爆震”，缩短发动机的使用寿命，使发动机动力性和经济性大大下降。
活塞环槽积炭：积炭使活塞环端隙、背隙变小甚至消除，造成活塞环砧结失去弹性，甚至折断活塞环而导致拉缸故障。
气门及组件积炭：气门及气门座圈工作面积炭，会使气门关闭不严而漏气，出现发动机难起动、工作无力以及气门易烧蚀等不良现象气门导管和气门杆部积炭结胶， 将加速气门杆与气门导管的磨损，甚至会引起气门杆在气门导管内运动发涩而卡死，产生粘气门的故障。
喷油嘴积炭：喷油嘴有积炭，极易堵死喷油嘴，降低喷油流量，甚至不喷油， 引起喷油压力不足、雾化不良, 造成发动机缺缸运行或突然熄火。
进气歧管衬垫积炭：该部位积炭易造成进气截面减小， 混合气较浓，无法完全燃烧，导致汽油机排放中的浓度增加。
排气管消声器及三元催化器积炭：该部位积炭严重使排气阻力增加，排气不畅，发动机燃烧不良，温度上升， 功率下降，同时表面积炭还会造成三元催化器堵塞，严重影响了三元催化的工作效率，导致排放物超标，缩短三元催化器和氧传感器的使用寿命。
三、发动机积炭的常规解决办法
传统清除积炭的方法一般采用机械刮除法和化学除炭法。
1、解体法（机械刮除法）：
用机械方法清除积炭时，一般采用铲刀或金属丝在气缸盖、燃烧室表面、活塞顶以及活塞环槽等部位做机械铲除。机械刮除法虽然工作简便，但由于积炭与金属粘结得比较牢固，这种方法很难将积炭清除干净，而且极易在金属表面上留下伤痕，这些伤痕会成为新的积炭中心，导致更加严重的积炭。同时，由于发动机拆卸重新装配后，其动力、密封性能会逊色于原厂，所以一般情况下，清洁发动汽缸内的积碳不宜经常进行，否则发动机性能将大打折扣。
2、不解体法（化学除炭法）：
化学除炭法主要是用脱炭剂先将零件上的积炭软化，然后加以清除。这种方法清除积炭较为彻底，也不会划伤零件表面。用化学方法清除积炭的过程是氧化的聚合物膨胀和溶解的过程。脱炭剂与积炭接触后，首先在积炭层表面形成吸附层，而后由于分子之间的运动以及脱炭剂分子与积炭分子极性基的相互作用，使脱炭分子逐渐向积炭内部扩散，并能在积炭网状分子的极性基之间生成键结合，使网状分子之间的极性力减弱， 破坏网状聚合物的有序排列，使之逐渐变松软化而被清除。由于清洗剂中的化学清洗成份对橡胶供油管路有一定腐蚀作用，使用该方法时，一定要注意使用周期与间隔时间，不然会加快燃油橡胶供油管路的老化和腐蚀。
四、最新除碳方法
最近市场上存在一种免拆清洗的除炭方法, 就是在常规保养都满足的条件下，车辆每行驶2万至3万公里时， 在发动机不解体的前提下用专用设备做一下进气系统等的免拆清洗，主要是对车辆的进排气道、气门、喷油嘴、油路等容易形成积炭的部位进行清洗积炭的操作。目前市场上的清洗机产品主要有以下种喷油嘴清洗机燃油系统清洗机润滑系统清洗机自动变速箱清洗机冷却系统清洗机。当然这种做法的效果目前还没有一个确切的定论，还有待于进一步地研究探讨，仅仅通过燃烧加入设备的清洗产品还不能把形成已久的坚硬积碳清洗干净，它只能把喷油嘴及燃烧室,活塞顶等部位的刚形成不久的积碳清洗掉，同时软化形成积碳的纽带—树脂和漆膜。同时，因为单纯清洗会破坏汽车发动机某些零部件的润滑，若长期使用,必定会使这些零部件的磨损加剧，传感器灵敏度下降，汽车综合功能变差。
1、加氢除炭技术
a) 技术原理
氢内燃机或掺氢燃烧技术方面：十五以来，在国家科技部以及北京市科委的大力支持下，清华大学汽车安全与节能国家重点实验室在制氢、储氢以及氢在汽车上的利用等环节开展了一系列研究，取得了大量的成果。包括在氢内燃机以及CNG掺氢燃烧技术方面，对发动机设计、内燃机燃烧学、内燃机污染物排放及控制等学科领域进行了深入的研究，特别是在涉及发动机燃烧混合气掺氢方面，系统研究了各种发动机类型、工况、控制参数、掺氢比例等因素对发动机燃烧的影响，研究分析结果表明：由于氢气的参与，可以拓宽发动机稀燃极限，影响过量空气系数，进而改善发动机的稀燃性能；在空燃比确定的情况下，随着掺氢比的提高，燃烧持续期会缩短，表明掺氢确实可以提高火焰传播速度；同一空燃比下，掺氢比越高，NOx排放量越大。这是因为氢气的加入提高了燃烧温度，而高温是NOx形成的主要因素；掺氢可降低HC的排放，这是因为氢气可以提高火焰传播速度，减小淬熄距离，从而降低了不完全燃烧的可能性。C浓度由于氢气的加入而有所降低也是HC排放下降的一个原因。在过量空气系数小于1.7的区域，掺氢与否对于CO排放的影响不明显，但一旦过量空气系数超过1.7，掺氢越多，CO排放越低。这归功于氢气良好的燃烧特性，特别是在稀燃料的情况下。总而言之，通过发动机掺氢燃烧，改善了发动机燃烧特性，促进了混合气的完全燃烧，提高了火焰的传播速度和燃烧温度，火焰热量集中，燃烧速度快，穿透力强，促进了积炭的剥离与燃烧。对在用车的除炭试验表明，通过将分离产生的氢气引入汽车引擎，对汽车发动机的积碳进行物理去除，与传统使用化学催化剂的清洗相比，更环保、更便捷、也更加彻底。
b) 设备
汽车引擎除炭机
我公司通过多年的研发，在汽车引擎除炭机，以水为原料，通过电解产生氢、氧分离气体，采用无动力循环系统，使设备内部耗能和噪音大为降低，节能效果显著。同时设备结合发动机除碳的需求，在功能设计、气体生产速率、压力以及混合气比例、自动监测与操作过程智能化方面开展了一系列研发，外观及内部设计、控制系统等采用了大量的先进理念和技术，获得了多项国家发明专利，并通过了国家有关部门的检测。

一、经常进行保养和清洗　　　　
    有条件的话在汽车进行常规保养的时候可以顺便使用专用的清洗设备对于容易积碳的部位例如进气歧管油道等进行免拆的清洗。
    二、尽量使用高标号的汽油　　　　
    汽油中的蜡和胶质的杂质是形成发动机积碳的主要成分，也就是说清洁度高的汽油形成积碳的趋势相对来说比较小，添加高标号的汽油相对来说较低标汽油辛烷值高，燃烧完全和清洁，形成积碳的可能性也就相对来说低得多。
三、可以使用合适的汽油添加剂　　　　
    可以使用一些品牌声誉好售后服务完善或者是汽车生产厂家指定的汽油添加剂，现在市场上的常用汽油添加剂大致分为两种：一种是以助燃为主的保养性汽油添加剂；　　　　
    另外一种是以去除积碳为主的清洁型汽油添加剂。可以不同汽车的不同使用情况和汽车里程数进行分类添加。注意不要将两种不同功能不同品牌的汽油添加剂混加，还有就是注意产品说明上的添加方法。
    四、手排的汽车尽量提高换档转速，有空跑跑高速　　　　
    提高转速换档和高速行驶其实都是利用大量进气对于进气道内进行冲刷来预防和减少积碳的沉积，提高汽车的动力性。一般建议换档转速为2500转到3000转。
五、不要长时间处于怠速工况下工作　　　　
经常怠速行使，容易形成积碳，而进气量的不足又会造成和促进积碳的沉积。对于涡轮增压发动机来说形成积碳的可能性比一般自然进气的车辆来得高，因此注意在高速行驶或者爬坡以后不要马上对于发动机熄火停车，应该怠速运行10分钟左右，避免积碳。

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