直喷式汽油发动机积碳问题探讨，如何预防和消除积碳？

汽油直喷技术意味着更高的性能和效率。但是也有黑暗的一面。

  从外部看，汽油直喷（GDI）发动机看上去很光亮，但隐藏了肮脏的一面：进气口和气门严重积碳。它可以和抽烟者的肺部相提并论，更糟糕的是，驾驶员第一次意识到这个问题，是在发动机检查灯亮起或他们的性能大幅下降时。

  1. 端口与直接注入




  在过去的几十年中，汽油发动机的加油技术发生了巨大变化。从不起眼的机械化油器到单点喷射，再到多点喷射和现在的直接喷射。电子控制单元（ECU）是实现快速发展的动力，目标是在降低排放的同时保持效率和功率的增长。

  多点注射

  多点是指从单点喷油器（化油器位于该位置，将所有进气流道供入气缸）到每个进气流道的喷射器之间的变化。这个想法是使喷射的燃料更靠近燃烧室，从而缩短响应时间，并以正确的化学计量空燃比为每个气缸提供准确的燃料。另一个优点是燃料在进入燃烧室之前有足够的时间与进入的空气混合。（当时还不知道，汽油的清洁剂特性有助于保持进气流道和进气阀清洁以防止烟灰沉积。）

  多点喷射的不利之处在于，蒸发燃料的冷却效果仅冷却进气口和气门的气流，而在进入燃烧室途中对进气的冷却作用很小。

  直接注射

  如果使燃料喷射尽可能靠近燃烧室是有利的，为什么不将其注入燃烧室本身呢？这就是为什么在喷油嘴尖端伸入燃烧室的地方开发了直接喷油的原因。现在增加了响应时间，但减少了混合空气和燃料的时间。因此，喷射器压力要高得多，并且采用了巧妙的“滚转和涡旋”技术来使进气迅速围绕燃烧室运动，以促进空气-燃料混合。主要优势在于，提高蒸发燃料的潜能，现在可以冷却燃烧室中的充气，从而消除了自燃（爆震）的发生，并允许更高的压缩比，从而提高了效率。对于涡轮增压发动机而言，尤其是在进气被压缩后，即使进入中冷器之后仍很热的情况下，最重要的是燃料没有通过进气门，这与积碳问题有关，在这表面上易失去汽油的清洁效果。

  是什么导致积碳？




  碳是在化石燃料和石油中发现的主要元素。燃烧均会产生煤烟残渣。形成积碳的条件，需要在适合的温度下导致金属表面附近存在沉积物。排气门比进气门运行要热得多，并且会在碳层开始形成之前燃烧掉碳。进气侧则不是这种情况。但是，仅吸收干净的空气时，碳如何进入进气侧？

2. 非正常燃烧

  发动机曲轴箱主要在正压力下运行，因为一些燃烧气体泄漏通过密封环并最终给活塞下方的空腔加压。旋转的曲柄和连杆也很好地促进了曲轴箱中的气流。空气压力由压力控制阀（PCV）排出多余压力控制。含油气体无法排放到大气中（由于排放控制），所以将其输送回进气口以在接下来的燃烧循环中燃烧。这使油性物质附着在进气道和阀门上。

  3. 废气再循环（EGR）




  EGR阀的想法是将一些燃烧的燃烧气体送回到进气侧，这能降低NOx的排放。原理是燃烧的废气是惰性气体，在部分负荷运行期间不会导致下一次燃烧事件，因此降低了峰值燃烧温度（和NOx排放量）。问题在于，碳颗粒中的废燃烧气体很多，而废气流则对进气流道和气门造成了很大的污染。

  4. 阀门重叠

  与涡轮发动机相反，这种技术在自然吸气中更常用，该技术在部分进气冲程期间将排气门保持打开状态（进气门也打开，即气门重叠），以使剩余的排气能量沿着排气管流下，从而有助于吸入新鲜的进气收费以提高容积效率（或气缸填充）。缺点是某些废气颗粒有时间从进气门旋出并在最佳温度下附着在金属上以形成碳。

  5. 油从阀杆密封处泄漏




  总是有少量的油渗过阀杆密封件并流到阀杆上。在高里程车辆中，这个问题变得更加严重，并且积碳加速了。

  6. 如何预防和消除积碳？

  要经常进行汽车的维修保养，因为发动机的磨损会加速积碳（漏气和通过阀杆密封的机油增加）。在部分负荷行驶过程中，大多数积碳形式。如果车辆主要在城镇使用，请偶尔在开阔的道路上行驶。请使用指定的最优质的机油，因为高级机油随附了清洁添加剂以防止堆积现象。

  如果您的发动机已经需要进气和气门清洁，请将其交给专业人员。对于较小的堆积问题，可以使用溶剂和刷子，但是主要的碳沉积物需要移开喷头，并用压碎的螺母壳吹扫碳，以免损坏铝合金。

  对于最新的GDI发动机而言，一个节省的好处是，许多制造商都选择在部分负荷和全油门运行期间同时使用进气口喷射和直接喷射，以使两种系统均具有最佳质量。这意味着每个发动机有两组喷油嘴，但在部分负载条件下至少会返回流经进气门的燃油。

  为什么不用柴油？

  柴油机也直接喷射并采用类似技术，例如EGR。尽管确实会发生积碳，但它的数量级与GDI发动机中的数量级并不相同。原因如下：

  温度

  为了使碳堆积，金属表面的温度必须在最佳范围内。太热，碳会燃烧掉；太冷，附着力降低。柴油发动机会不受限制地运行（空气过多）；因此，进气门比汽油发动机要冷。由于过量的空气和柴油的更长的膨胀冲程（更高的压缩比），废气也更冷。

  进气量少

  汽油发动机中使用的节气门在部分负载条件下在进气歧管中产生真空。这加速了碳颗粒向该区域的运动。柴油发动机不受限制地运行，没有此问题。

  积碳是引擎杀手吗？

  在大多数情况下，由于进气受到限制，发动机可能只会损失性能。在最坏的情况下，油泥会导致进气口内的塑料涡流挡板破裂，导致零件被发动机消化。较硬的碳片会脱落并进入和离开燃烧室，并进入快速旋转的涡轮叶片，这将带来灾难性的后果。