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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
直噴式汽油發動機積碳問題探討，如何預防和消除積碳？
時間：2020/8/27 10:45:57 瀏覽次數：2511
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汽油直噴技術意味著更高的性能和效率。但是也有黑暗的一面。
從外部看，汽油直噴（GDI）發動機看上去很光亮，但隱藏了骯臟的一面：進氣口和氣門嚴重積碳。它可以和抽煙者的肺部相提并論，更糟糕的是，駕駛員第一次意識到這個問題，是在發動機檢查燈亮起或他們的性能大幅下降時。
1. 端口與直接注入
在過去的幾十年中，汽油發動機的加油技術發生了巨大變化。從不起眼的機械化油器到單點噴射，再到多點噴射和現在的直接噴射。電子控制單元（ECU）是實現快速發展的動力，目標是在降低排放的同時保持效率和功率的增長。
多點注射
多點是指從單點噴油器（化油器位于該位置，將所有進氣流道供入氣缸）到每個進氣流道的噴射器之間的變化。這個想法是使噴射的燃料更靠近燃燒室，從而縮短響應時間，并以正確的化學計量空燃比為每個氣缸提供準確的燃料。另一個優點是燃料在進入燃燒室之前有足夠的時間與進入的空氣混合。（當時還不知道，汽油的清潔劑特性有助于保持進氣流道和進氣閥清潔以防止煙灰沉積。）
多點噴射的不利之處在于，蒸發燃料的冷卻效果僅冷卻進氣口和氣門的氣流，而在進入燃燒室途中對進氣的冷卻作用很小。
直接注射
如果使燃料噴射盡可能靠近燃燒室是有利的，為什么不將其注入燃燒室本身呢？這就是為什么在噴油嘴尖端伸入燃燒室的地方開發了直接噴油的原因。現在增加了響應時間，但減少了混合空氣和燃料的時間。因此，噴射器壓力要高得多，并且采用了巧妙的“滾轉和渦旋”技術來使進氣迅速圍繞燃燒室運動，以促進空氣-燃料混合。主要優勢在于，提高蒸發燃料的潛能，現在可以冷卻燃燒室中的充氣，從而消除了自燃（爆震）的發生，并允許更高的壓縮比，從而提高了效率。對于渦輪增壓發動機而言，尤其是在進氣被壓縮后，即使進入中冷器之后仍很熱的情況下，最重要的是燃料沒有通過進氣門，這與積碳問題有關，在這表面上易失去汽油的清潔效果。
是什么導致積碳？
碳是在化石燃料和石油中發現的主要元素。燃燒均會產生煤煙殘渣。形成積碳的條件，需要在適合的溫度下導致金屬表面附近存在沉積物。排氣門比進氣門運行要熱得多，并且會在碳層開始形成之前燃燒掉碳。進氣側則不是這種情況。但是，僅吸收干凈的空氣時，碳如何進入進氣側？
2. 非正常燃燒
發動機曲軸箱主要在正壓力下運行，因為一些燃燒氣體泄漏通過密封環并最終給活塞下方的空腔加壓。旋轉的曲柄和連桿也很好地促進了曲軸箱中的氣流。空氣壓力由壓力控制閥（PCV）排出多余壓力控制。含油氣體無法排放到大氣中（由于排放控制），所以將其輸送回進氣口以在接下來的燃燒循環中燃燒。這使油性物質附著在進氣道和閥門上。
3. 廢氣再循環（EGR）
EGR閥的想法是將一些燃燒的燃燒氣體送回到進氣側，這能降低NOx的排放。原理是燃燒的廢氣是惰性氣體，在部分負荷運行期間不會導致下一次燃燒事件，因此降低了峰值燃燒溫度（和NOx排放量）。問題在于，碳顆粒中的廢燃燒氣體很多，而廢氣流則對進氣流道和氣門造成了很大的污染。
4. 閥門重疊
與渦輪發動機相反，這種技術在自然吸氣中更常用，該技術在部分進氣沖程期間將排氣門保持打開狀態（進氣門也打開，即氣門重疊），以使剩余的排氣能量沿著排氣管流下，從而有助于吸入新鮮的進氣收費以提高容積效率（或氣缸填充）。缺點是某些廢氣顆粒有時間從進氣門旋出并在最佳溫度下附著在金屬上以形成碳。
5. 油從閥桿密封處泄漏
總是有少量的油滲過閥桿密封件并流到閥桿上。在高里程車輛中，這個問題變得更加嚴重，并且積碳加速了。
6. 如何預防和消除積碳？
要經常進行汽車的維修保養，因為發動機的磨損會加速積碳（漏氣和通過閥桿密封的機油增加）。在部分負荷行駛過程中，大多數積碳形式。如果車輛主要在城鎮使用，請偶爾在開闊的道路上行駛。請使用指定的最優質的機油，因為高級機油隨附了清潔添加劑以防止堆積現象。
如果您的發動機已經需要進氣和氣門清潔，請將其交給專業人員。對于較小的堆積問題，可以使用溶劑和刷子，但是主要的碳沉積物需要移開噴頭，并用壓碎的螺母殼吹掃碳，以免損壞鋁合金。
對于最新的GDI發動機而言，一個節省的好處是，許多制造商都選擇在部分負荷和全油門運行期間同時使用進氣口噴射和直接噴射，以使兩種系統均具有最佳質量。這意味著每個發動機有兩組噴油嘴，但在部分負載條件下至少會返回流經進氣門的燃油。
為什么不用柴油？
柴油機也直接噴射并采用類似技術，例如EGR。盡管確實會發生積碳，但它的數量級與GDI發動機中的數量級并不相同。原因如下：
溫度
為了使碳堆積，金屬表面的溫度必須在最佳范圍內。太熱，碳會燃燒掉；太冷，附著力降低。柴油發動機會不受限制地運行（空氣過多）；因此，進氣門比汽油發動機要冷。由于過量的空氣和柴油的更長的膨脹沖程（更高的壓縮比），廢氣也更冷。
進氣量少
汽油發動機中使用的節氣門在部分負載條件下在進氣歧管中產生真空。這加速了碳顆粒向該區域的運動。柴油發動機不受限制地運行，沒有此問題。
積碳是引擎殺手嗎？
在大多數情況下，由于進氣受到限制，發動機可能只會損失性能。在最壞的情況下，油泥會導致進氣口內的塑料渦流擋板破裂，導致零件被發動機消化。較硬的碳片會脫落并進入和離開燃燒室，并進入快速旋轉的渦輪葉片，這將帶來災難性的后果。
