关于喷油器头部积碳对燃油雾化的影响

刘少飞　秦宏宇

摘 要：喷油器对燃油的雾化是至关重要的，并且还影响着发动机的节能减排作用。通过试验数据对比，发动机喷油器其雾化效果变化较为明显，且积碳明显可见。通过对燃油雾化的影响分析得出，因在燃烧中产生积碳，并且粘附在喷油器头部，减小喷孔直径和喷孔数量，对喷油器燃油雾化效果有着直接性的影响，最终因积碳原因致使汽车无法启动，导致发动机故障灯亮，进而引发发动机怠速抖动，不能完全燃烧而产生一系列故障。

关键词：喷油器 积碳 燃油雾化

1 汽车燃料供给系统

汽油机燃料供给系统的任务，是根据发动机不同工况的要求，从而改变不同的喷油模式，制配出一定数量和浓度的可燃混合气体，使之在临近压缩终点时点火燃烧而膨胀做工。最后，供给系统将燃烧产物，经过催化器转化排入大气中。燃油供给系统由：油箱、油管、燃油泵、燃油滤清器，空气滤清器，高压油泵、喷油器、油压脉冲传感器、进气管、排气管等组成[1]。

1、进气歧管喷射技术，是指喷油器安装在进气歧管上，喷油器将汽油喷入进气歧管中，喷入的汽油与空气在进气歧管中完全混合，当需要进气时，进气门行程打开吸入气缸，在缸体内完全混合，之后进行点火燃烧做工。

喷油量的大小主要与，喷油器油嘴内部的阀针开启时间，以及轨压有着直接关系，在同等压力的条件下，阀针开启的时间越长，喷射出的油量就会越多，反之就会变少。当下对于歧管喷射技术已经很成熟，且该系统具备一定的自净能力，是目前发动机燃油喷射技术的主流，缺点是对燃油的浪费，在低速时还存在着动力输出下降[2-3]。

2、缸内直喷（GDI），该技术是将高压喷油器，设置在进排气门之间，直接将燃油喷射进缸内，在气缸内直接与空气混合，ECU会根据吸入的空气当量，精准的控制燃油的喷射量和喷射时间，而高压燃油喷射系统，可以使燃油和空气进行雾化混合，混合效率将会更加优异，使符合理论空燃比的可燃气体，将会燃烧的更加充分，从而降低油耗提高发动机动力输出[2]。缸内直喷与歧管喷射技术相比较，增加了高压油泵和高压油轨。

直喷优点：高压喷油器将燃油喷入燃烧室，是以极细小的雾状进入缸内，当要蒸发时吸收热量，可以冷却气缸，还可以稀薄燃烧，有效提高燃烧效率20%，允许更高的压缩比，对发动机的动力、功率输出得以提升。

直喷缺点：直喷系统相比歧管喷射系统更为复杂，在中低负荷下未燃烧的碳氢化合物（HC）较多，同时对燃油品质也有比较高的要求。

3、汽油机复合喷射技术，是将歧管喷射与缸内直喷相结合，发挥了两种喷射方式的优点，实现最佳的燃烧效率，以及良好的动力性，而推出的复合喷射技术。复合喷射的基本构思是将，发动机每个循环所需的燃油量，分为两部分进行喷射，一部分由进气歧管进行喷射，经进气歧管进入缸内，另一部分是缸内直喷，通过喷油器直接喷射至缸内进行混合燃烧，而该部分的燃烧是将火花塞附近的混合器适当加浓，达到发动机在不同负荷下，实现最理想的空燃比和过量空气系数。

对于采用复合喷射的发动机，在刚启动工况下，缸内混合器主要是直喷喷油器的燃油和空气进行燃烧，利用涡轮的运动进行混合器传播，可以实现启动迅速，汽油雾化较好，而并非像歧管喷射的发动机一样，大量喷射汽油，导致混合气体过浓，碳氢化合物排放增加，假如采用直喷冷启动，产生的未燃碳氢化合物排放可以降低。在中等工况下，气缸内的混合器由两部分组成，一个是歧管喷射的优质均匀混合器，汽油的雾化和蒸发传播效果最佳，可以保证火花塞远端不会发生熄火现象，之后再由直喷提供另一部分燃油，形成火花塞附近混合气较浓，利于火核形成并传播。这种复合喷射技术就改变了，原有的浓混合气占多数的局面，形成气缸内占主体的是均匀的混合气，火花塞附近浓混合气的状态，基本可以达到理论的混合气数值，解决了直喷汽油机易出现的混合气局部过浓，和局部过稀所带来的，未燃烧的碳氢化合物排放问题。图1

使用混合喷射系统，低负荷时采用歧管系统，中等负荷时两套喷射系统协调工作，高负荷时采用缸内直喷。这样的配合既解决了缸内直喷，发动机低转速低负荷下，容易产生积炭的问题，又提高了发动机在高负荷下的动力输出效率，并且歧管喷射可以混合得更加充分，而且可以清洗气道，避免气道、气门积炭及活塞顶部积炭的形成，减少氮氧化物的排放等问题，另外，混合喷射模式，可以调配出两种不同浓度的油气混合物，进一步提升燃油使用率。总之，双喷射系统可以实现动力和转矩的提升，以及良好的燃油经济性。

目前，由于汽油机复合喷射技术的，复杂性和成本高的关系，量产车型装备这项技术的并不算多，目前还没有得到广泛的应用。随着发动机缸内直喷的不断推广，多孔喷油器的雾化特性，逐渐成为人们关注的焦点，今后可以预见的是，在对于发动机动力性、经济性与排放标准要求越来越高的未来，为了提升发动机的综合性能，复合喷射技术一定是未来持续发展的方向。

2 涡轮增压容易发生脱氢反应

1、发动机进气经过增压器后温度会出现很大提升，即便是低增压的发动机，增压空气温度也会高于自然进气约60℃，一般情况下为了解决这一问题，涡轮车都会额外加装中冷器进行冷却，但是温度还是要比自然吸气的要高约40℃，短时间行车中冷器对空气降温还是比较理想，如果是长时间行车，水温、油温以及机体温度都会居高不下，此时汽油中的碳原子与氢原子，本应该与氧气结合一起燃烧，但由于高温导致碳氢键断裂，氢原子首先燃烧消耗氧气，燃烧之后又因氧气不够了，含碳的杂质就留下来了形成积碳；除此之外，涡轮叶片也是比价容易积碳，因废气在排出去之前，还需要经过一次涡轮，从而推动涡轮叶片的传动，长期在推着转动，积碳等脏东西就会粘黏在这个涡轮叶片上，就好比油烟机，虽然油烟被吹到了外面，但是油烟机还是很脏。

2、自然吸气发动机供油方式，基本上就是歧管喷射，而涡轮增压发动机，供油方式更容易导致积碳，其主要是采用缸内直喷技术，通俗说就是把喷油器，从气缸外面挪到气缸里面，让汽油直接喷射至燃烧室内，進行雾化与氧气混合进而燃烧，这样做的好处是既可以节省燃油，又可以提高燃烧效率[3]。大多数是优点和缺点都是共存的，对于喷油器头部暴露与高温高压的燃烧气体当中，会增加喷油器积碳形成的倾向，且不只是针对喷油器，像是进气门、排气门、燃烧室等部位，也会因为该方式导致积碳的产生，要比自吸的发动机更容易出现积碳，所以对于汽车后续保养方面，缸内直喷的就会娇贵一些。图2

3 内部积碳增多后有哪些危害

1、对于普通汽油发动机或直喷发动机而言，党喷油器产生积碳时，会造成严重的喷油量损失，对汽油雾化状态产生负面影响，使喷油分散效果变差，导致发动机功率下降。蓬松而多孔的积碳会在冷启动和汽车加速时吸收大量的汽油，司机会明显感到发动机运转不正常，影响正常启动和驾驶感受。如果进气门和喷油器上形成严重的积碳时，会在汽车减速时释放所吸收的燃油，对空燃比造成负面影响，使发动机输出功率降低，油耗和尾气排放值上升。若积碳过多而未能及时清理，甚至会造成发动机内零件无法使用，发动机冷车无法启动，冷车启动怠速抖动，对汽车的寿命也会有一定的影响。

关于积碳的增多，也不是什么严重的故障或是不治之症，导致车子坏掉不能开，只是长期不清洁积碳，会导致汽车车况变差，过多的积碳会严重影响直喷汽油机的优势，导致压缩比增大，而发动机为了减少抖动，就必须减小点火提前角，此时发动机的最佳性能参数就会降低，最后汽车动力下降致使爬坡无力，且油耗增加。如果喷油器是堵塞或损坏，就会影响到发动机启动，导致发动机故障灯亮，进而引发发动机抖动振动剧烈。图3

2、关于喷油器一般是两年或5至8万公里，进行一次清洗就可以，具体以车辆行驶公里数和使用地区的汽油品质。当然对于喷油器的清洗还是很有必要的，清洗喷油器的方法有四种，

①拆装清洗，拆卸后清洗将会更彻底，同时在拆卸时要注意喷油器的密封圈，因为时间原因以及密封圈的老化问题，拆卸时密封圈有可能会损坏。

②免拆清洗，一般采用打吊瓶的方式，在发动机上方吊一个瓶状的工具，之后将清洁剂导入工具内，通过导管导入连接到油轨，之后着车怠速一段时间，将工具内的清洁剂，通过燃烧方式进入缸内对喷油器、进排气门的积碳进行燃烧清洁。

③建议车主到有保障的油站进行加油，并加注含有添加剂品牌的汽油（如壳牌V-Power），尽量回避不知名的小加油站。要注意的是，高标号的汽油未必适合自己的爱车，还是要根据爱车的实际情况，选择合适的燃油。

④尽量避免长时间怠速、原地热车以及低速行驶所形成积碳，当车辆高速行驶时，气流较大进气速度较快，燃烧产生的能量会增大，此时节气门、进气歧管、气门上刚形成的质地较软，附着力较小的积碳此时会冲刷掉一部分，但对于质地较硬的积碳还是要采用專业的措施进行清洗。

参考文献：

[1]周建伟.直喷汽油机积碳喷油器喷雾特性、积碳机理及抑制措施研究[D].天津：天津大学，2020.DOI：10.27356/d.cnki.gtjdu.2018.000200.

[2]董全，范立云，包东明，等.直喷汽油机外开式喷油器的喷雾雾化特性研究[J].内燃机工程，2013，34（04）：23-31.DOI：10.13949/j.cnki.nrjgc.2013.04.009.

[3]曹福来，郭瑞瑞.基于FLUENT的发动机喷油嘴雾化特性数值模拟研究[J].汽车实用技术，2021，46（12）：37-40.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.012.012.