从内燃机的发明到汽车的应用历史中来看,汽车工程师和石油化学家已经知道发动机的某些区域最容易形成碳沉积物,并且不同区域的碳沉积物对发动机的性能具有不同的影响。
这里的碳沉积物我在下文简称积碳。
所以到底什么是积碳?
基本上大部分的文章都会告诉你:积碳是不完全燃烧、不良驾驶习惯、劣质燃料、空气不好.....原因造成的。
但是,真正产生积碳的因素没有表达出来,这些因素只是外界因素,而不是产生积碳的根本原因。
积碳的形成本身是非常复杂的一系列过程,变量也非常多。本篇文章只是简单的引出一些积碳的基本原理,涉及到技术还望各位尊贵的德系车主高抬贵口。
本篇文章用时需要大概10分钟完成所有阅读
1,结论
当汽油周围满足
热量
压力
氧气
三大条件同时满足的时候,就会形成发生反应。
那么内燃机的工作原理意味着:内燃机是碳沉积物形成的理想场所。
因此内燃机沉积物的形成几乎是不可避免的,
所有的内燃机中都有燃烧室积碳,就算是新发动机开始工作之后的几百小时内也一定会产生碳沉积物。
2,发动机的基本工作原理我先啰嗦啰嗦,解释一下汽油是怎么满足3大条件(压力,氧气,热量)就会发反应。
大家看上图
Suction 进气(氧气)
Compress 压缩(压力)
Power 做功(热量)
Exhaust 排气
在发动机的启动10分钟之后,缸内大概的温度的基本分布情况。(不考虑性能车)。
这里引用一个温度因素
实验表明:温度是影响发动机内汽油反应的关键因素之一。
表面温度230度时候,碳沉积物形成速度最高;
低于200度或者高于350度的时候,碳沉积物显著减少。
了解完发动机的工作原理之后。
我们来看看今天的主角-积碳。
3,歧管喷射发动机积碳
进气门积碳
我先来一个5毛钱的特效。
看到下图1了吗?喷到进气道里面去的。就是歧管喷射。
火花塞2点火
燃烧
大部分废气从排气门排走
部分高温混合气/废气进入曲轴箱通风阀(PVC阀),带走一些机油蒸气;
部分高温废气也同时进入废气再循环阀(EGR阀);
两个阀门的废气都再次进入到进气道
然后,各位尊贵的车主可以闭目想想一下,这个过程在发动机里面重复无数次之后想象一下:
歧管内有汽油喷雾;
废气阀进来歧管内的废气带有热量、部分压力;
还有进来的新鲜空气;
还有进气门上下移动的部分残留机油;
所以满足了汽油的3个条件(热量、压力、氧气),只不过不同的压力,热量,氧气的多少影响反应的程度。就会在歧管内发生不完全反应,长此以往的就在歧管内形成了积碳。汽油的喷雾是有一定的清洁作用的,进气门上面大部分的积碳会被汽油喷雾清理掉。
还是来一张奔驰W220,3万公里以后的歧管喷射发动机的进气门图片,基本可以看到进气门的积碳没这么严重。
缸内积碳
我在上面引用过
实验表明:温度是影响发动机内汽油反应的关键因素之一。
表面温度230度时候,碳沉积物形成速度最高;
低于200度或者高于350度的时候,碳沉积物显著减少。
所以缸内的积碳会慢慢沉淀到活塞顶上面。
还是来一张奔驰W220,3万公里以后的活塞图片,基本可以看到少量的积碳存在于活塞边缘。
所以总结:有歧管喷射的尊贵的德系车住记住就可以了:
前半部歧管积碳较多
缸内积碳:部分在活塞顶(多少由驾驶习惯、机油、汽油质量、空气影响)
所以自吸的尊贵车主们可以偷着乐一会。
4,直喷发动机积碳
随着环保政策的趋势下,直喷发动机GDI也慢慢进入汽车市场里面。
主要优点是提高燃油效率和高功率输出。 使用GDI系统也可以更精确地控制汽油喷雾。
进气门积碳
还是那个5毛钱特效,看看1在缸内的吧。
5毛钱特效来源于德式精养研发部
同样的,进气门的歧管内随着时间推移,积碳也是越来越多。
而且不同于歧管喷射有汽油喷雾清洗进气门。所以进气门的积碳是越来越多。
直喷发动机的进气门积碳为:机油积碳
来点实际的吧。
图为我们实际拍摄的 EA888-2代发动机,4万公里之后的实际样照。
图片来源于德式精养研发部
缸内积碳
直喷发动机缸内的积碳,我们来看看
大家看上图
Suction 进气(氧气)
Compress 压缩(压力)
Power 做功(热量)
Exhaust 排气
所以不同于歧管喷射,直喷直喷就是直接喷到缸内的。
发动机在启动10分钟以后,缸壁和活塞的温度也超过了500度了;在2压缩的过程中,我们在看看又满足了汽油反应的3个条件(火热火热的活塞+缸壁、压力、氧气),所以会出现提前发生不完全发应形成汽油积碳。
直喷发动机缸内的积碳:主要为汽油积碳
这些积碳一部分随着尾气排出,去折磨三元;
一部分也会留在缸内,继续扎堆。
图片来源于德式精养研发部
没看够的再来一张。
随着时间的推移,缸内的积碳就会越来越多。
所以总结:有直喷的尊贵的德系车住记住就可以了:
气门积碳非常多
缸内积碳:多量(多少由驾驶习惯、机油、汽油质量、空气影响)
所以还是自吸的尊贵车主们可以偷着乐一会。
5,导致积碳恶性循环的其他因素
所有内燃机的车都有积碳,新车在买来的几百个小时之后也开始有了积碳。所以也就不存在国内的车有积碳,国外的车无积碳之说。
引起积碳加重的因素:
1,含杂质的劣质燃油;
2,不干净的空气;
3,拥堵的路况;
4,劣质或假冒润滑油;
6,积碳主要危害
3和4主要简单介绍了歧管喷射和直喷发动机的积碳分类,我在重复一下
歧管喷射:存在于歧管,成分主要为汽油积碳;缸内少量积碳成分主要为汽油积碳。
直接喷射:进气门积碳主要为机油积碳;缸内主要为汽油积碳。
既然积碳看着都这么恶心,肯定不是啥好玩意
积碳对发动机到底有什么影响?
A,油耗增加,动力不足
积碳的内部是马蜂窝状的结构,看下图。
SEM picture of the carbon deposit with fractal structures formed on the graphite cathode (SEM, ×100)
在发动机启动一段时间之后,缸内的温度也会逐渐升高。当然积碳的温度也会非常高。所以如果,积碳周围存在汽油,而且汽油还满足3个条件:
热量:高温的积碳或者缸壁
压力:活塞上行的时候的压力
氧气:进来的新鲜空气
在火花塞还未点火时,高温的积碳已经先吃掉一部分汽油,反应成新的积碳。
这就是为何油耗增加。
我来点通俗的,我们都知道发动机每个缸内的喷油是电脑根据各种变量调节的。
假如正常情况喷油嘴要喷1斤的汽油用来完全反应;
狗日的积碳明目张胆地吃了2两;
剩8两汽油用来燃烧反应,肯定是动力不足,导致卡顿。
但是车载电脑不知道积碳吃了2两,以为喷油嘴只喷了8两;
然后就让喷油嘴多喷2两。
喷油嘴原本只需喷1斤,2两被积碳给吃了,电脑调节后现在要喷1斤2两。所以各位车主知道油耗去哪了吧。
B,积碳过多会导致拉缸
积碳就像肿瘤一样,恶性循环之后越来越多。
女人最喜欢的钻石,说实话就是碳,钻石的硬度大家知道吧。
缸内的积碳虽然没有钻石那么耀眼,但是看图
拉缸之后后果很严重的喔!
所以总结:积碳危害:
油耗增加
动力不足
行驶过程中的顿挫
严重可能会导致拉缸
6,如何根治
人类不一样的一面就是善于解决问题。
于是市面上就出现了常见的如核桃砂清理,就是用高压把打碎的核桃砂送进清理气门,只能清洗歧管+气门,而且气门还必须关闭,缸内也无法清理。
但是如果稍微控制不好,就会见下图。
如果你可以允许你的发动机缸内有颗粒,那就无所谓了。
所以如何根治?
德国的K5套装分为5瓶产品,分别对应不同部位的清理分工,工艺分3个大步。第一步骤是积碳治理;第二步骤是风险规避;第三步骤是燃油系统治理。
A,K1+K2积碳治理
德国的K5套装,目前比较好的化学品清洁选择之一。由于德国的环保政策限定,大部分的德国产品不具备腐蚀性。K5的大部分成分为生物降解分子。
这个工艺需要简单拆卸发动机进气歧管进行操作。
K1+K2的反应效果如下图
K1+K2的液体的泡沫几乎没有到达不了的部位。
对于K1产品来说,清洁的过程是一种流体从积碳表面把另一种流体取代的过程,是液体相互置换的过程。分解过程大致可以分成三种:铺展、粘附、浸入。这三种过程可以分别在不同的实际过程中出现,也可以同时在一个过程中出现。图中看出与积碳层接触中,表面活性剂能很好地改变清洁状况,表面活性剂能降低界面的能力,使清洁剂能较好地湿润碳层表面。“实际中可用润湿速度来评价表面活性剂的润湿性。”分解效果速度很快。这种流体之间的取代过程是很安全的,清洁下来的积碳被划掉,以流体的形式存在,所以顾虑自然解除,颗粒型的残渣形式根本不存在。
K1+K2清洁缸内延时40分钟
当把气门和气缸内的积碳清理干净之后。就用抽气设备把溶解的碳颗粒物随着K1+K2液体抽出来。
B,K4风险规避
既然K1+K2都进入气缸内啊,正常人都会想到有残留液体,在牛逼的设备也是抽不干净这些残留液体。肯定会有小部分通过活塞环流进曲轴箱内。
曲轴箱内的机油有其他污染物了,那肯定对润滑系统不好了啊。
此时K4过来了,K4属于润滑系统治理,加到机油中,做一个小保养。
把有含有残留的K1+K2液体污染物的旧机油通过重力放油的方式排放出去。
当发动机干净之后,再加入干净的新机油。
这就解决了积碳清理之后的残留物对机油的风险影响。
所以做K5的最佳时间是车主刚好要做保养的时候,最为保险。
C, K5燃油系统治理
三元系统作为燃油系统尾气排放的最后一步,起着非常关键的作用。
但是如果堵塞的三元呢?
肯定是排气不通畅啊,你几乎可以看见发动机检修灯亮了。
K5是直接加入汽油箱,在燃烧室是不会被燃烧的。
K5会随着尾气直接到达三元,尾气经过前级三元催化器的温度是600~700度。
所以此时的K5原理是催化大部分沉积物的分解熔点至90℃。所以大部分的沉积物在K5的催化下提前分解,随着尾气排出车外。
所以综上总结积碳的治理:
简单治理:核桃砂局部气门治理,残留杂质容易进缸内;
无损根治:K5全套5瓶产品。分别对应气门、缸内、节气门、润滑系统和燃油系统的综合治理机风险规避。
所以当你看到这篇文章之后千万不要过度担心,少量的碳沉积物在发动机里面是不可避免的正常现象。就像你买了一口新锅,无论如何小心使用锅低都有黑污垢。你只需要定期清理即可。
机油可以防止积碳。某些添加剂有助于分解,分散甚至包裹碳沉积物。
但是,机油和添加剂会随着时间的推移而逐渐失去有效性。这种寿命取决于机油质量以及发动机如何对油进行加压。 此外,它还可以控制机油以及机油进入发动机的位置。
综上总结来说:为了减少积碳的产生,各位主平时开车时要注意:
保持匀速运行的工况,比如经常拉高速;
选用好的机油;
选用好质量、杂质较少的燃油;
定期观察车内积碳的情况;
适当使用添加剂。
积碳不可怕,可怕的是连积碳的根本原因都不清楚。盲目地使用连自己都无法信服的方法毁坏自己的爱车。
注:本文中如有不对之处,欢迎指正
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