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科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

昨天有朋友問我,說現在網上有很多汽修大咖都在說發動機積碳會把活塞環抱死,進而導致發動機燒機油。他就想知道,這個積碳是怎麼把活塞環抱死的,積碳真的會導致發動機燒機油嗎?怎麼避免這種情況呢?另外網上說的那些清除積碳的方法有用嗎,真的能讓活塞環釋放開,恢復彈力嗎?

這還真是一個好問題,我給他解答之後,想一想應該還有很多人有這樣的疑惑,於是就把解答的過程寫出來了,供大家參考。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

首先我們來說說發動機活塞環。現在的汽車發動機,叫做往復活塞式發動機,活塞在氣缸中上下運動,將燃料燃燒後的熱能轉換成機械能對外輸出做功。在這裡,活塞與氣缸之間的密封程度,在很大程度上影響發動機工作效率。為此,工程師設計了活塞環,它緊密地貼合在氣缸套內壁上,加強活塞與氣缸之間的密封,而活塞與氣缸套之間則有0。05~0。1mm的間隙。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

活塞環是一種金屬環,它分為兩種:氣環和油環。氣環的主要作用是密封,一般有兩個;油環的主要作用是刮油布油,改善氣缸壁的潤滑,一般有一個。活塞環安裝在活塞上,安裝的部位稱為活塞環槽。當活塞環裝入氣缸後,在活塞環槽、活塞環與氣缸壁之間形成了三個間隙:端隙、側隙和背隙。這三個間隙都非常小,一般端隙為0。3~0。5 mm,側隙為0。05~0。1 mm,背隙為0。1~0。3 mm。

這三個間隙使活塞環與活塞、氣缸壁之間形成了兩個密封面和一個迷宮式的漏氣通道,其中第一道氣環大約密封80~90%的氣體,第二道氣環大約密封10~20%的氣體,油環大約密封5%的氣體。再加上高壓氣體的二次密封作用,最終從燃燒室洩漏到曲軸箱的氣體只有進氣量的0。2%~1。0%,密封是比較成功的,這也是往復活塞式發動機至今仍有強大生命力的重要原因之一。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

此外,由於活塞環有“三隙”,它在氣缸中上下往復運動。當活塞在氣缸中向下運動時,氣缸壁上的機油就透過活塞環的側隙下方進入背隙;當活塞在氣缸中向上運動時,背隙中的機油就會進入側隙上方,然後被送入燃燒室參與燃燒;這個現象在發動機運轉過程中反覆不斷的進行,機油就被逐漸的消耗掉了。這種現象稱為“活塞環泵油作用”,這是往復活塞式發動機固有的特性之一,任何品牌和型號的發動機都會消耗機油,只是程度不同而已。活塞環的三隙越大,泵油作用越強烈,消耗的機油越多。發動機在使用過程中,由於磨損會導致三隙越來越大,所以機油消耗量也會越越來越多。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

正是由於活塞環不能實現完全密封,再加上活塞環泵油作用的存在,所以在活塞環部位不可避免的會生成積碳。但是氣環和油環積碳的生成機理是不同的,我們分別來說說。

首先來說氣環。氣環直接接觸高溫高壓的可燃氣體,工作時溫度極高。高溫高壓的可燃氣體從氣缸壁與活塞之間的間隙進入到活塞環槽中,遇到活塞環泵油作用帶上來的機油,會導致機油結焦、固化;此外,當發動機停機後,最後一次噴入到燃燒室中的燃油沒有得到燃燒,在活塞殘餘高溫的作用下,也會結焦固化,最終會生成積碳沉積在活塞環槽中。這就是氣環積碳的生成原理。只是在氣環這個部位,活塞環泵油作用帶上來的機油是極少量的,大多是汽油沒有完全燃燒沉積的積碳。也就是說,氣環部位沉積的積碳,大多是由於汽油造成的,汽油的品質和燃燒狀態直接影響積碳的數量與性質。

活塞環在活塞環槽中是不斷上下運動的,同時氣缸也不是絕對的圓形,活塞在氣缸中上下往復運動,活塞環也在不斷地壓縮伸張,在活塞環的端隙和側隙部位的積碳,不斷的被擠壓,是留不住的,只有背隙中的積碳能殘留下來。也就是說,積碳只是殘留在氣環的一個側面部位,是不可能把氣環抱死的,也不可能導致發動機燒機油。同時積碳沉積在背隙中,客觀上起到了減小背隙的作用,反倒可以加強密封、降低泵油作用,所以說,輕微的積碳,對發動機是有好處的。

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再來說說油環。油環的主要作用是將氣缸壁上多餘的潤滑油刮下來,再透過活塞上的回油孔流回油底殼,同時在氣缸壁上佈置一層薄薄的油膜。油環有整體式和組合式兩種。整體式結構比較簡單,與氣環類似,在環的圓周上開一些回油用的小孔或窄槽,背部有一個彈性襯簧,它的優點是結構簡單,造價低廉,缺點是刮油效果一般;組合式油環結構比較複雜,由刮油鋼片和彈性襯簧組成,在安裝狀態下沒有側隙,襯簧彈性大,回油能力強,對氣缸壁的適應性強,刮油效果優於整體式。以燒機油著稱的某德系發動機,早期就是使用整體式油環,機油消耗量巨大;後期改成組合式油環,機油消耗量就大幅度下降了。

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那麼這個部位的積碳是如何形成的呢?在這裡,燃燒室高溫高壓的氣體由於被上面的兩道氣環阻擋截留,竄入到油環的氣體已經極少了,對積碳的形成影響幾乎可以忽略不計。這個部位的積碳主要是機油形成的。油環的主要作用就是刮油布油,所以它的上面始終佈滿了機油。這些機油在活塞高溫作用下,會慢慢地結焦、固化,最終形成了積碳。這就是油環部位積碳的生成機理。

這些積碳沉積在油環或者活塞回油孔上,會縮小甚至堵塞回油孔,降低油環的刮油效果,刮下來的機油也無法順利地返回油底殼;如果積碳沉積在彈性襯簧上,會降低襯簧的彈性,導致油環整體彈性降低,對氣缸壁適應性減弱,刮油效果下降;如果積碳過多,整個油環上面沉積的都是積碳,那麼油環就真的被“抱死”了,沒有任何彈性,刮油效果大幅度下降,機油消耗量大幅度上升,也就是所謂的“燒機油”。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

總結一下,氣環是不可能被積碳抱死的,氣環部位的積碳對燒機油也沒有任何影響;而油環是有可能被積碳抱死的,它抱死後確實會導致發動機燒機油。網路上那些大咖說得積碳抱死活塞環,主要就是指油環被抱死,只是有些人故意說得不那麼明確罷了。

知道了積碳的生成機理,我們就可以有的放矢地去預防積碳的生成速度和數量。在燃燒室、氣環部位的積碳,主要受汽油品質和汽油燃燒狀態的影響,所以使用高品質的汽油、讓汽油儘可能地完全燃燒,是預防積碳的主要方法,比如避免發動機長期低負荷執行、避免長時間怠速、定期跑高速等;而油環部位的積碳,主要受機油品質的影響,所以使用高品質、純正的機油,是降低油環積碳的主要方法。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

最後再來說說積碳的清洗。現在清洗發動機積碳已經是一門營業額巨大的生意了,成本低廉,利潤高企。幾乎所有的4s店、修理廠,都有各種各樣的積碳清洗手段,比如核桃砂、乾冰、打吊瓶、清洗劑等。但是這些方法,無一例外,只能清洗表面上的積碳,比如活塞頭部、燃燒室內壁等,但是這些部位的積碳對發動機效能幾乎是沒有影響的;真正對發動機效能影響最大的油環積碳,根本就洗不到,更不可能讓油環釋放開,恢復彈力,即使在機油中新增清洗劑,也不可能短時間內把油環上的積碳清除乾淨。所以老侯給這些積碳清洗總結一句話就是:該洗的地方洗不到,洗掉的都是浮華。

科普:積碳是如何把活塞環抱死,導致發動機燒機油的?

所以說,想用清洗積碳的方法來治理髮動機燒機油,無異於緣木求魚、掘地尋天,根本是不可能的。當發動機出現了燒機油症狀,一般都是氣環磨損較大,油環已經被積碳抱死,同時進入到燃燒室參與燃燒的機油增多,燃燒室內部和氣環上的積碳也增多了,導致磨損進一步增大,竄氣量更多,積碳更嚴重,形成了惡性迴圈,甚至積碳掉落到活塞與氣缸壁之間導致拉缸。遇到這種情況,只能大修發動機了。此時清洗積碳,就像給癌症晚期的病人吃止痛藥一樣,只能緩解疼痛,不會根治病症。

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