關于噴油器頭部積碳對燃油霧化的影響

劉少飛　秦宏宇

摘 要：噴油器對燃油的霧化是至關重要的，并且還影響著發動機的節能減排作用。通過試驗數據對比，發動機噴油器其霧化效果變化較為明顯，且積碳明顯可見。通過對燃油霧化的影響分析得出，因在燃燒中產生積碳，并且粘附在噴油器頭部，減小噴孔直徑和噴孔數量，對噴油器燃油霧化效果有著直接性的影響，最終因積碳原因致使汽車無法啟動，導致發動機故障燈亮，進而引發發動機怠速抖動，不能完全燃燒而產生一系列故障。

關鍵詞：噴油器 積碳 燃油霧化

1 汽車燃料供給系統

汽油機燃料供給系統的任務，是根據發動機不同工況的要求，從而改變不同的噴油模式，制配出一定數量和濃度的可燃混合氣體，使之在臨近壓縮終點時點火燃燒而膨脹做工。最后，供給系統將燃燒產物，經過催化器轉化排入大氣中。燃油供給系統由：油箱、油管、燃油泵、燃油濾清器，空氣濾清器，高壓油泵、噴油器、油壓脈沖傳感器、進氣管、排氣管等組成[1]。

1、進氣歧管噴射技術，是指噴油器安裝在進氣歧管上，噴油器將汽油噴入進氣歧管中，噴入的汽油與空氣在進氣歧管中完全混合，當需要進氣時，進氣門行程打開吸入氣缸，在缸體內完全混合，之后進行點火燃燒做工。

噴油量的大小主要與，噴油器油嘴內部的閥針開啟時間，以及軌壓有著直接關系，在同等壓力的條件下，閥針開啟的時間越長，噴射出的油量就會越多，反之就會變少。當下對于歧管噴射技術已經很成熟，且該系統具備一定的自凈能力，是目前發動機燃油噴射技術的主流，缺點是對燃油的浪費，在低速時還存在著動力輸出下降[2-3]。

2、缸內直噴（GDI），該技術是將高壓噴油器，設置在進排氣門之間，直接將燃油噴射進缸內，在氣缸內直接與空氣混合，ECU會根據吸入的空氣當量，精準的控制燃油的噴射量和噴射時間，而高壓燃油噴射系統，可以使燃油和空氣進行霧化混合，混合效率將會更加優異，使符合理論空燃比的可燃氣體，將會燃燒的更加充分，從而降低油耗提高發動機動力輸出[2]。缸內直噴與歧管噴射技術相比較，增加了高壓油泵和高壓油軌。

直噴優點：高壓噴油器將燃油噴入燃燒室，是以極細小的霧狀進入缸內，當要蒸發時吸收熱量，可以冷卻氣缸，還可以稀薄燃燒，有效提高燃燒效率20%，允許更高的壓縮比，對發動機的動力、功率輸出得以提升。

直噴缺點：直噴系統相比歧管噴射系統更為復雜，在中低負荷下未燃燒的碳氫化合物（HC）較多，同時對燃油品質也有比較高的要求。

3、汽油機復合噴射技術，是將歧管噴射與缸內直噴相結合，發揮了兩種噴射方式的優點，實現最佳的燃燒效率，以及良好的動力性，而推出的復合噴射技術。復合噴射的基本構思是將，發動機每個循環所需的燃油量，分為兩部分進行噴射，一部分由進氣歧管進行噴射，經進氣歧管進入缸內，另一部分是缸內直噴，通過噴油器直接噴射至缸內進行混合燃燒，而該部分的燃燒是將火花塞附近的混合器適當加濃，達到發動機在不同負荷下，實現最理想的空燃比和過量空氣系數。

對于采用復合噴射的發動機，在剛啟動工況下，缸內混合器主要是直噴噴油器的燃油和空氣進行燃燒，利用渦輪的運動進行混合器傳播，可以實現啟動迅速，汽油霧化較好，而并非像歧管噴射的發動機一樣，大量噴射汽油，導致混合氣體過濃，碳氫化合物排放增加，假如采用直噴冷啟動，產生的未燃碳氫化合物排放可以降低。在中等工況下，氣缸內的混合器由兩部分組成，一個是歧管噴射的優質均勻混合器，汽油的霧化和蒸發傳播效果最佳，可以保證火花塞遠端不會發生熄火現象，之后再由直噴提供另一部分燃油，形成火花塞附近混合氣較濃，利于火核形成并傳播。這種復合噴射技術就改變了，原有的濃混合氣占多數的局面，形成氣缸內占主體的是均勻的混合氣，火花塞附近濃混合氣的狀態，基本可以達到理論的混合氣數值，解決了直噴汽油機易出現的混合氣局部過濃，和局部過稀所帶來的，未燃燒的碳氫化合物排放問題。圖1

使用混合噴射系統，低負荷時采用歧管系統，中等負荷時兩套噴射系統協調工作，高負荷時采用缸內直噴。這樣的配合既解決了缸內直噴，發動機低轉速低負荷下，容易產生積炭的問題，又提高了發動機在高負荷下的動力輸出效率，并且歧管噴射可以混合得更加充分，而且可以清洗氣道，避免氣道、氣門積炭及活塞頂部積炭的形成，減少氮氧化物的排放等問題，另外，混合噴射模式，可以調配出兩種不同濃度的油氣混合物，進一步提升燃油使用率。總之，雙噴射系統可以實現動力和轉矩的提升，以及良好的燃油經濟性。

目前，由于汽油機復合噴射技術的，復雜性和成本高的關系，量產車型裝備這項技術的并不算多，目前還沒有得到廣泛的應用。隨著發動機缸內直噴的不斷推廣，多孔噴油器的霧化特性，逐漸成為人們關注的焦點，今后可以預見的是，在對于發動機動力性、經濟性與排放標準要求越來越高的未來，為了提升發動機的綜合性能，復合噴射技術一定是未來持續發展的方向。

2 渦輪增壓容易發生脫氫反應

1、發動機進氣經過增壓器后溫度會出現很大提升，即便是低增壓的發動機，增壓空氣溫度也會高于自然進氣約60℃，一般情況下為了解決這一問題，渦輪車都會額外加裝中冷器進行冷卻，但是溫度還是要比自然吸氣的要高約40℃，短時間行車中冷器對空氣降溫還是比較理想，如果是長時間行車，水溫、油溫以及機體溫度都會居高不下，此時汽油中的碳原子與氫原子，本應該與氧氣結合一起燃燒，但由于高溫導致碳氫鍵斷裂，氫原子首先燃燒消耗氧氣，燃燒之后又因氧氣不夠了，含碳的雜質就留下來了形成積碳；除此之外，渦輪葉片也是比價容易積碳，因廢氣在排出去之前，還需要經過一次渦輪，從而推動渦輪葉片的傳動，長期在推著轉動，積碳等臟東西就會粘黏在這個渦輪葉片上，就好比油煙機，雖然油煙被吹到了外面，但是油煙機還是很臟。

2、自然吸氣發動機供油方式，基本上就是歧管噴射，而渦輪增壓發動機，供油方式更容易導致積碳，其主要是采用缸內直噴技術，通俗說就是把噴油器，從氣缸外面挪到氣缸里面，讓汽油直接噴射至燃燒室內，進行霧化與氧氣混合進而燃燒，這樣做的好處是既可以節省燃油，又可以提高燃燒效率[3]。大多數是優點和缺點都是共存的，對于噴油器頭部暴露與高溫高壓的燃燒氣體當中，會增加噴油器積碳形成的傾向，且不只是針對噴油器，像是進氣門、排氣門、燃燒室等部位，也會因為該方式導致積碳的產生，要比自吸的發動機更容易出現積碳，所以對于汽車后續保養方面，缸內直噴的就會嬌貴一些。圖2

3 內部積碳增多后有哪些危害

1、對于普通汽油發動機或直噴發動機而言，黨噴油器產生積碳時，會造成嚴重的噴油量損失，對汽油霧化狀態產生負面影響，使噴油分散效果變差，導致發動機功率下降。蓬松而多孔的積碳會在冷啟動和汽車加速時吸收大量的汽油，司機會明顯感到發動機運轉不正常，影響正常啟動和駕駛感受。如果進氣門和噴油器上形成嚴重的積碳時，會在汽車減速時釋放所吸收的燃油，對空燃比造成負面影響，使發動機輸出功率降低，油耗和尾氣排放值上升。若積碳過多而未能及時清理，甚至會造成發動機內零件無法使用，發動機冷車無法啟動，冷車啟動怠速抖動，對汽車的壽命也會有一定的影響。

關于積碳的增多，也不是什么嚴重的故障或是不治之癥，導致車子壞掉不能開，只是長期不清潔積碳，會導致汽車車況變差，過多的積碳會嚴重影響直噴汽油機的優勢，導致壓縮比增大，而發動機為了減少抖動，就必須減小點火提前角，此時發動機的最佳性能參數就會降低，最后汽車動力下降致使爬坡無力，且油耗增加。如果噴油器是堵塞或損壞，就會影響到發動機啟動，導致發動機故障燈亮，進而引發發動機抖動振動劇烈。圖3

2、關于噴油器一般是兩年或5至8萬公里，進行一次清洗就可以，具體以車輛行駛公里數和使用地區的汽油品質。當然對于噴油器的清洗還是很有必要的，清洗噴油器的方法有四種，

①拆裝清洗，拆卸后清洗將會更徹底，同時在拆卸時要注意噴油器的密封圈，因為時間原因以及密封圈的老化問題，拆卸時密封圈有可能會損壞。

②免拆清洗，一般采用打吊瓶的方式，在發動機上方吊一個瓶狀的工具，之后將清潔劑導入工具內，通過導管導入連接到油軌，之后著車怠速一段時間，將工具內的清潔劑，通過燃燒方式進入缸內對噴油器、進排氣門的積碳進行燃燒清潔。

③建議車主到有保障的油站進行加油，并加注含有添加劑品牌的汽油（如殼牌V-Power），盡量回避不知名的小加油站。要注意的是，高標號的汽油未必適合自己的愛車，還是要根據愛車的實際情況，選擇合適的燃油。

④盡量避免長時間怠速、原地熱車以及低速行駛所形成積碳，當車輛高速行駛時，氣流較大進氣速度較快，燃燒產生的能量會增大，此時節氣門、進氣歧管、氣門上剛形成的質地較軟，附著力較小的積碳此時會沖刷掉一部分，但對于質地較硬的積碳還是要采用專業的措施進行清洗。

參考文獻：

[1]周建偉.直噴汽油機積碳噴油器噴霧特性、積碳機理及抑制措施研究[D].天津：天津大學，2020.DOI：10.27356/d.cnki.gtjdu.2018.000200.

[2]董全，范立云，包東明，等.直噴汽油機外開式噴油器的噴霧霧化特性研究[J].內燃機工程，2013，34（04）：23-31.DOI：10.13949/j.cnki.nrjgc.2013.04.009.

[3]曹福來，郭瑞瑞.基于FLUENT的發動機噴油嘴霧化特性數值模擬研究[J].汽車實用技術，2021，46（12）：37-40.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.012.012.