都在討論發動機積碳會帶來哪些問題,然而究竟是什麼積碳呢?

2020-12-14 汽車科學島

#老司機聊汽車知識#

內容概述:

積碳形成原因與兩個階段減少積碳形成的理想方式發動機積碳是燃油汽車無法避免的問題,如何清理積碳的討論熱度很高;然而只把關注點放在問題的解決,而不找到產生問題的根源,這不是正確的解決問題的方式。

所以首先要了解什麼是積碳,積碳如何產生,以及積碳在不同位置上會產生的影響;掌握這些知識點之後,應當如何了解和預防積碳也就不難理解了。

01積碳概念

發動機積碳的特點是黑色的「焦灼狀物質」,主要成分包括碳顆粒、膠質、雜質等;產生積碳的原因燃油中的烴類物質與膠質,在不充分燃燒的狀態下產生。積碳的硬度會非常高,尤其是在缸內高溫高壓與熄火冷卻的不斷作用下,積碳會牢牢附著在各個零部件上,為什麼碳會這麼堅硬呢?

注意重點:積碳並非「積炭」,碳是有機物的核心,所謂的碳基生命足以說明什麼是碳;同時在鋼鐵中、石墨、金剛石等物質中也含有碳元素,但是並不是一般理解的煤炭。燒火取暖用的煤炭是多孔物質,是木材乾餾的產物,兩種概念是完全不同的,所以積碳確實是非常的「頑固」。

重點:燃油的主要成分是烷烴、烯烴、芳烴等物質,這些烴類物質有些是苯環碳氫化合物,有些是雙劍碳氫化合物;然而不論是哪種概念,其中都是含有碳元素的。

所以在轉化過程中如果達到100%的充分燃燒狀態,那麼通過與氧氣的分解反應則不會產生積碳;因為反應物質主要是化合物,比如二氧化碳、H2O(水)。 但如果結果是沒有充分反應,過程中就會產生游離碳顆粒;有意思的是燃油汽車裝備的內燃式熱機不可能達到充分燃燒狀態,產生積碳也就是必然結果。

02兩個階段

問題:冷啟動熱車階段會產生積碳,這點是汽車用戶公認的問題,但是熱車真的就沒有積碳了嗎?

理論上熱車也是會產生積碳的,只是產量遠遠低於冷車啟動後的熱機階段的標準,差值過大所以一般默認熱車無問題;而事實的微量積碳的出現,原因仍舊是燃燒不充分,此時就會有人疑惑,難道熱車也會不充分燃燒嗎?

答案真的是這樣,各大主機廠都在努力提升內燃機的燃燒效率;這個概念可以理解為混合油氣燃燒做功的速度,假設做功衝程的時間為10毫秒,混合油氣充分燃燒需要15毫秒,設定時間中就只能達到66%的燃燒程度。由於四衝程內燃機的做功衝程時間非常短,充分燃燒幾乎是不可能的,這就是熱車時也會有積碳的原因,不過相比熱機階段的積碳還是小巫見大巫了。

概念區別:

熱車不補充燃燒原因為燃效效率低熱機不充分燃燒原因為燃燒效率低+加濃噴油冷啟動發動機時的機體與防凍冷卻液的溫度都還很低,燃燒時產生的熱能就會被低溫機體與防凍液吸收;因為熱能會無序傳導至低溫物質,這是無法改變的自然法則。然而這些熱能中的相當一部分需要轉化為機械能(動力),被吸收後當然會造成性能的明顯下降,甚至可以達到影響正常駕駛的程度。

正常汽車需要做到的是保證所有階段都能正常使用,冷啟動也不應該例外,否則就不如用回曾經的化油器技術;於是電噴系統會在冷啟動時進行噴油量的加濃,同時電控系統會主動拉升轉速以提高進氣量,混合油氣(可燃物)的基數增大,燃燒產生的動能自然會越強。

但是為了保證啟動後的空氣燃料比不失調,ECU行車電腦設定噴油量的標準會「超標」;也就是超過14.7:1的比例,這是多少空氣能夠催化多少燃油進行100%的反應的比例,噴油量如果「>1」則在燃燒反應時間充分的前提下也無法充分燃燒。

燃油是汽車的燃料,氧氣是燃油的燃料,沒有充足的燃料怎麼能充分,不充分當然會產生積碳,本就燃燒效率低的內燃機積碳就會更多。這就是兩個階段的產生積碳的原因,以及產量的差值,那麼應該如何減少積碳的形成呢?

03預防方式

積碳之所以會大量的積累,主要原因是用戶普遍有「原地熱車」的駕駛習慣;汽車與摩託的內燃機都是四衝程機,運行步驟有四步,了解四步驟就會懂得熱車的問題與減碳方式。

進氣噴油壓縮蒸發膨脹做功排氣吸氣四步驟的運行會產生高壓力的進氣與排氣湍流,尤其是排氣時還會有進排氣門同時打開的階段,此時尾氣進入排氣歧管會產生負壓吸力;功能是幫助吸入空氣,同時只要壓力足夠大則能夠排出燃燒室內部的積碳。

但是怠速時的進排氣壓力不夠大,如果原地熱車則會造成過多積碳附著在各個零部件上;所以想要減少積碳的產生,正確的方式是在啟動車輛後正常駕駛,行駛轉速總會在2000轉左右,這一轉速壓力標準就足夠在冷啟動階段有效清理積碳了。當然溫度過低司機無法在寒冷的車裡駕駛的話,原地熱車也是不得以而為之。

假設已經因錯誤用車習慣形成大量積碳,會帶來什麼問題呢?要知道冷啟動階段的燃燒不充分,原因是ECU的控制造成的空燃比失調,也就是噴油量大於14.7:1;那麼是不是也可以理解為進氣量小於標準利弊呢?這也是沒有問題的,那麼積碳如果大量附著在節氣門上,在進氣時就會造成吸氣不暢,進氣量確實會減少,此時即使噴油量正常也會燃燒不充分。

而問題是節氣門積碳的同時,噴油嘴也會積碳;噴孔的部分堵塞會造成剩餘噴油壓力升高,燃油霧化的效果會變差,實際噴射的燃油是難以快速被蒸發的大油珠。

蒸發速度慢則在做功衝程中的燃燒速度也會很慢,因為液態燃油不如氣態燃燒快,結果自然是更加嚴重的不充分燃燒;再加上火花塞積碳降低了點火強度,活塞積碳影響壓縮比等等因素,過多的積碳的結果是比冷啟動加濃噴油階段的不充分燃燒程度更大,

實際狀態:

動力下降油耗升高怠速共振排氣放炮燃燒充分程度的下降,等於燃油沒有按照設定標準轉化出扭矩;扭矩×轉速÷9549×1.36=馬力,所以扭矩下降則動力整體下降。扭矩變差只能依靠拉升轉速提升馬力,高轉速等於高頻率噴油,油耗高是必然結果。

怠速共振主要是因為各個氣缸積碳程度不一,轉化出的扭矩存在波動,所以也才會有抖動問題;排氣放炮指沒有充分燃燒的混合氣濃度仍舊很大,在進入排氣歧管和三元催化等位置時,600~900℃的高溫會二度引燃這些混合氣,燃燒產生的振動會出現噪音,這就是所謂的放炮。

關於積碳的影響,積碳的預防問題就聊到這裡,至於積碳的清理沒有什麼好辦法,想要徹底清理就要拆卸零部件,好在技術難度低也不會對機器造成什麼損傷;簡單一些的方式是用高壓罐加溶解劑重洗積碳,其他也就沒有什麼理想方式了。

編輯:天和Auto-汽車科學島

天和MCN授權發布

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