浅谈摩托车发动机积碳

主持人：顾方／使用 ·维修 ·保养 浅谈摩托车发动机积碳 阮天林 (江苏春兰动力制造有限公 司) 每当提起发动机燃烧室的维护保养 ，大多数摩 托车维修人员无不为燃烧室的积碳所困扰。你别小 看这小小的碳分子的积聚，它不知给多少车辆带来 说不尽的‘镝 苦’’：难起动、易熄火、怠速不 良、功率下 降、发动机喘振、尾气排放差等 ，有的发动机会产生 ‘‘早j}l!l’’、“爆燃”，积碳脱落下来后 ，严重时还会产生 拉缸，使机件的使用寿命大为缩短。为此 ，笔者愿和 大家一起探讨积碳形成的起因以及如何预防和清 除。 随着科技的不断发展，现代摩托车发动机都在 向高功率、大转矩方向发展，因其结构特点的限制， 发动机 自身的工作条件极为恶劣。据国外有关科研 资料介绍 ，内燃机燃烧室燃烧爆发时的瞬间火焰温 度高达2 000-2 500℃，最高爆发压力约50~100 kPa， 压力变化频率达100 Hz以上。由于冷却和传热作用， 活塞顶、气缸盖及气缸壁的温度要低得多，大约在 250~500~C之间。这么高的温度足以使进入燃烧室 后落在这些部件面的润滑油和未燃尽的燃料生成 胶质和碳质相结合的复杂混合物。这些焦状固体或 疏松的灰状物，主要覆盖在活塞顶、排气门(少量在进 气门杆上，主要是由气门导管油封失效引起的)、气门 导管 、火花塞电极上。这类高温沉积物通称为积碳。 积碳有密实 、疏松 、柔软等各种形态 ，其组成和 性质随发动机工况 、燃料和润滑油性质以及随空气 进入燃烧室的杂质而异。积碳主要包括 ：燃油和润 滑油燃烧生成的碳质沉积物、汽油抗爆剂 (四乙基 铅)生成的铅化物 ；燃料中的硫燃烧后与金属生成 的盐类 、润滑油 中金属添加剂燃烧后形成的金属氧 化产物 ，空气携带的灰 、沙等硅化物 、发动机零部件 磨损下来的金属屑及其化合物，以及燃烧室漏人曲 轴箱的烟、碳粒、铅盐类等杂质。这些混合类杂质 在曲轴、齿轮、离合器等高速运转零件的作用下，通 过飞溅掺杂在润滑油中。由于清净分散剂的作用 而分散悬浮在油内，不能被完全除去 ，使油的残碳 逐渐增高，在进气行程时 ，经活塞环与气缸筒的空 隙上窜至燃烧室 。发动机燃烧室 的温度虽然高到 足以使任何有机物燃烧完全 ，但 由于燃烧过程是在 非常短的时间内进行的，部分燃料和渗入燃烧室的 润滑油(主要是气环密封不 良造成窜油引起的)来不 及与空气充分混合燃烧，因而总免不了生成烟、碳 及其它不完全燃烧物 ，在金属的催化作用下 ，产生 的氧化及缩合 ，形成粘性的树脂和膜状物。这些树 脂和膜状物在适当的条件下 ，能把落在它上面的烟 灰、碳粒、金属氧化物等固体杂质粘附在金属表面 上，经过无数次的氧化缩聚，最终形成积碳的固体 沉积物 ，其生成 区域温度约 1 80~270℃。积碳通常 有两种类型 ：第一类为机油积碳 ；第二类为碳质积 碳。它们的外形虽然相似，但质地却有所不同。从 技术角度上说 ，机油引起 的积碳一般为普通的黑色 胶质沉积物，是机油受高温高压后形成的，质地偏 脆 ，若在进气 门杆部形成 的积碳则偏软且有粘性 感，去除较为容易。而碳质积碳则是由于燃油燃烧 不完全引起的，颜色多呈灰黑色，质地虽薄却很干 硬 、难以去除。 1 积碳的危害 a)积碳的导热性能和导电性能极差 ，它的导热 系数比铸 铁或钢约小 50倍 ，积碳覆盖在零部件表面 会降低其传热系数 ，阻碍热量的散发 ，引起燃烧室温 度上升 ，活塞、进排气门、火花塞及气缸盖等零部件 过热。同时积碳增多后燃烧室容积相对减小，原有 压缩 比发生变化，热强度增大 ，燃烧室内的炽热积碳 颗粒在铅盐的催化作用下 ，会引起汽油机失控燃烧 ， 出现 ‘衰 面点火”、‘早j；l!l’’、‘‘爆震 ’等不正常燃烧 ，不 仅使发动机零部件急剧磨损或擦伤，而且发动机的 动力性和经济性也会大大降低。 b)聚集在火花塞上的积碳通常是一层表面干燥 或潮湿的黑色碳粉层，容易引起绝缘体头部产生短 路 ，使点火性能下降。积碳严重时还会造成电流泄 摩托车技术 2003／12 35 维普资讯 http://www.cqvip.com 使用 ·维修 ·保养 ／主持人：顾方 漏 ，点火正时紊乱 ，低速运转不 良，并可能漏电，产生 间断跳火。不但会影响发动机的正常工作 ，故障严 重时 ，甚至会因“卡缸”而停机且极易损坏火花塞，影 响发动机的正常运行。 c)积碳聚集在气门、气 门座圈、气门导管时会使 气门与气门座圈工作面结合不良，密封性能丧失 ，引 起气门漏气和传热不佳，甚至造成气门烧蚀并伴随 气缸压缩压力下降。积碳(或结胶)严重时，将使气门 杆粘住气门，卡在气门导管孔内不能上 、下自由活动， 由此而引发气门顶活塞的严重故障。若积碳落人曲 轴箱内，由于润滑油的循环作用 ，还会引起活塞环卡 死 ，活塞 、气缸 、曲轴及轴承的磨损及擦伤，严重时还 会造成拉缸故障。 d)活塞环岸处积碳过多时易造成粘环。此时活 塞环的密封作用受到破坏 ，大量机油上窜至燃烧室 ， 同时燃烧室内的燃气下泄至曲轴箱，由此而引起一 系列的严重后果：燃烧气体沿活塞环和气缸筒之间 的空隙下窜 ，烧掉了气缸壁上的润滑油膜 ，活塞环和 气缸壁间发生 ‘‘半干磨’’或 “干磨’’，使气缸和活塞及 环的磨损急剧增加 ，甚至严重擦伤。它不但会使发 动机产生过热 、动力下降 ，而且会造成燃料和润滑油 量消耗增大且排烟增多，机件表面迅速脏污 ，加快机 油老化 ，导致发动机的润滑性能急剧恶化。 e)二冲程汽油机气缸排气口及消声器积碳过多 时 ，会使发动机排气受阻，机温升高，消声性能降低 ， 发动机功率下降 ，堵塞严重时还会引发摩托车难起 动 、车速上不去及易熄火等一系列故障。 2 积碳形成的主要原因 a)化油器油位过高，空气量孔堵塞，使可燃混合 气过浓，空燃 比严重失调 ； b)空滤器滤芯堵塞或进气道严重受阻，使实际 进入燃烧室的空气量减小 ，可燃混合气过浓 ； c)燃油质量低劣或使用变质的燃料 ，使燃烧产 生异常 ； d)火花塞工作不良，点火欠缺，电火花不够强劲 有力，使点火功能下降 ； e)发动机点火不正时 ，过早或过迟都会引起燃 烧不完全 ； f)活塞环弹性减弱和磨损过度 ，使环的开口间 36 摩托车技术 2003／12 隙过大或活塞环在气缸内成对 口位置，活塞环内、外 圆切角方向装错 ，以致不能与气缸壁紧密贴合而产 生漏气导致机油窜人气缸 ，使燃烧不充分 ； g)活塞裙部与气缸壁配合间隙过大或磨损过 度，引起密封不 良造成窜油 、漏气等 ； h)冷机时，未按进行暖车而强行加速 ，燃烧 室内温度过低而燃烧不完全； i)车辆长时间在低速下行驶(尤其是高档低速工 况)使机温过低而燃烧不完全； j)气门杆部和气门导管磨损过甚 ，其配合间隙 超大 ，或气门导管油封失效使机油进入气门杆上部， 受高温影响后产生积碳 ； k)四冲程车曲轴箱内机油加注过多 ，使机油上 窜进入燃烧室，二冲程车机油泵流量过大使汽 、机油 比例失调(正常比例为40：1～60：1)，使机油量超大 ， 使用劣质润滑油或误用四冲程机油 ，这2种非正常工 况得不到改善 ，都会造成气缸内积碳迅速聚积。 3 积碳的预防与清除 综上述所述 ，发动机生成的积碳大多是由燃烧 不完全造成 ，这在内燃机式发动机中是难以避免的， 也是极其有害的。操作者在维护保养车辆时务必认 真仔细了解积碳形成的起因，并根据发动机的实际 使用状况采取相应的预防积碳的产生。主要范 围是 ：按各型号摩托车使用说明书的技术要求及使 用环境 ，适时保养空滤器 ，选用优质机油并按期更换 ， 加注机油时应至适中位置 ；当化油器量孔堵塞或浮 子室油面偏高时需及时清洁保养和维护调整 ；按使 用的实际工况选用热值适宜的火花塞 ；操作时应避 免高档低速的长时间运行 ，尤其在严冬季节要适当 延长暖机时间，待机温升高后再正常行驶。对发动 机燃烧室内产生积碳的清除方法有3种：1)运转清除 法 ；2)机械清除法；3)化学清除法。下面分别予以 介绍。 3．1 运转清除法 a)对燃油油路 、化油器 、燃烧室 、气 门座结合面 及排气通道的沉积物 、积碳 、胶质，可使用市售的‘‘甩 保护神”中的GT一7 AP燃油系统清洁剂进行清除。 具体用法：加入适量清洗剂于燃油箱内，充分搅拌后 使用，比例大约为燃油容量的2％(---般5 000--．10 O00km i 维普资讯 http://www.cqvip.com 主持人：顾方／使用 ·维修 ·保养 清除一次)。 b)对发动机及油道内的积碳 ，可将IEC一9发动 机内部清洗剂按机油容量的5％加入曲轴箱内。中速 行驶1 h后，在热机状态下随脏机油一起排放干净(通 常1．5万 ～2~i'km清除一次)。 3．2 机械清除法 这是一种用刮器来清除积碳的方法。可用刮刀 、 改锥 、旧锯条及竹签类尖器去除积碳。对气缸盖燃 烧室内的积碳，可持磨去锯齿且前端呈半圆形的锯 条进行铲除；对气缸体排气 口的积碳则用竹签类尖 器或用改锥去除，但千万要注意 ，勿碰伤气缸内壁。 对活塞环槽内的积碳可用折断的同型号的活塞环刮 除。在操作时应谨慎小心 ，不要刮伤活塞环槽 口。积 碳清除后，可用金相砂纸将活塞环槽上的刮痕磨去， 所有零部件清洗干净后再装配。 3．3 化学清除法 对于大的零件先用三氯乙烯浸泡数十分钟后再 清洗，因为三氯乙烯能溶解积碳中的胶质和沥青等 粘性物质 ，可使剩余的碳质化合物和金属化合物等 变得松脆而易于清除。较小的零件可放人80～95 cc 的化学洗涤液 内(详见表1中清洗发动机零件积碳的 溶液配方)浸泡2～3h，待其软化后，再移到热水中用 刷子清除残余的积碳 ，最后用压缩空气吹干。对于 铸 件和钢件，在清除积碳并清洗干净后应用机油涂 于机件的表面 ，以防锈蚀。这里必须特别强调指出， 由于苛性钠(Na0H)对铝有腐蚀作用 ，故含有苛性钠 的洗涤液绝对不可用来清洗铝质机件。由于 目前大 多数摩托车发动机气缸盖均为铝合金材料制作，望 最后用煤油或汽油(最好用煤油，因为它渗透性强)把 大家予以慎重对待。 袭 1 清洗发动机零件积碳的溶液配方 硅酸钠 零件材料 配方 苛性钠 ，g 碳酸钠 ，g 肥皂，g 重钠酸钾 ，g 水。kg (即水玻璃) ，g 配方一 25 33 8．5 1．5 1 钢铁零件 配方二 1oo 5 1 配方三 25 31 8 1O 5 1 配方一 18．5 1O 8．5 1 铝质零件 配方二 20 1O 8 5 1 配方三 1O 1O 5 1 ． (收稿 日期 2003-02-20) ●●● ●● ● ●● ● ● ●●● ●●● ●● ● ●● ● ●● ● ●● ● ● ●● ●-●● ● ●● ● ●● ● ●● ● ●● ● ●-●● ●●● ● ●● ● ● ●-●● ●●● ● ’—■● ● ●● ● ● ●● ● ●● ● ●● ● (上接第23页) 用 ZCR4．0软件来实现。 首先用冲压工艺来完成油箱壳体左右两半的成型，也 从以上可知，CAD逆向技术与CAM系统的 就是毛坯从一个平板通过模具和机械完成压弯过程； 结合对摩托车制造企业的应用有着十分重要的意义， 其次是用焊接工艺完成油箱的整体拼合。冲压工艺 这一点中测量仪在为30多家摩托车制造厂的技术服 主要包括拉深、切边和分离等工序，这些工序中最重 务过程中深有体会。一方面各个企业非常欢迎推广 要的是冲压 ，而冲压质量完全依赖于逆向造型后开发 使用CAD逆向技术 ，但另一方面又缺乏必要的 出的模具。那么模具和实体是否吻合 ，吻合程度及偏 技术指导和合适 的软件产品，因此严重地制约了 差有多大，能否克服油箱成型时经常出现的底边起皱 CAD逆向工程技术在摩托车制造业的推广和应用。 和顶部拉裂现象，这就需要借助于中测量仪的ZCR4．0 与CAM系统在我国几十年的应用时间相比，CAD逆 轮廓分析评估软件来实现。 向工程技术为工程技术人员所了解只有几年至十几 抑制摩托车油箱成型缺陷的方法： 年的时间，时间虽短，但CAD逆向工程技术广泛的应 ZCR4．0轮廓分析评估软件是在ZCR3．0反求测 用前景已经为大多数摩托车制造业的工程技术人员 绘软件基础上增加的轮廓度 自动分析评价功能，它 所关注，这对提高我国摩托车制造行业的整体技术 提供了多种操作 ，将测量点和理论模型数据在图形 水平 ，进而提高产品的市场竞争力具有重要的推动 域进行比对，通过优化算法达到实测模型体与理论 作用。 实体的最佳匹配，针对摩托车油箱实体造型而言可 (收稿日期 2003-lO-21) 摩托车技术 2003／12 37 维普资讯 http://www.cqvip.com