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积碳是如何把活塞环抱死,导致发动机烧机油的?


昨天有朋友问我,说现在网上有很多汽修大咖都在说发动机积碳会把活塞环抱死,进而导致发动机烧机油。

他就想知道,这个积碳是怎么把活塞环抱死的,积碳真的会导致发动机烧机油吗?

怎么避免这种情况呢?

另外网上说的那些清除积碳的方法有用吗,真的能让活塞环释放开,恢复弹力吗?

这还真是一个好问题,我给他解答之后,想一想应该还有很多人有这样的疑惑,于是就把解答的过程写出来了,供大家参考。

首先我们来说说发动机活塞环。

现在的汽车发动机,叫做往复活塞式发动机,活塞在气缸中上下运动,将燃料燃烧后的热能转换成机械能对外输出做功。

在这里,活塞与气缸之间的密封程度,在很大程度上影响发动机工作效率。

为此,工程师设计了活塞环,它紧密地贴合在气缸套内壁上,加强活塞与气缸之间的密封,而活塞与气缸套之间则有0.05~0.1mm的间隙。

活塞环是一种金属环,它分为两种:气环和油环。

气环的主要作用是密封,一般有两个;油环的主要作用是刮油布油,改善气缸壁的润滑,一般有一个。

活塞环安装在活塞上,安装的部位称为活塞环槽。当活塞环装入气缸后,在活塞环槽、活塞环与气缸壁之间形成了三个间隙:端隙、侧隙和背隙。

这三个间隙都非常小,一般端隙为0.3~0.5 mm,侧隙为0.05~0.1 mm,背隙为0.1~0.3 mm。

这三个间隙使活塞环与活塞、气缸壁之间形成了两个密封面和一个迷宫式的漏气通道,其中第一道气环大约密封80~90%的气体,第二道气环大约密封10~20%的气体,油环大约密封5%的气体。

再加上高压气体的二次密封作用,最终从燃烧室泄漏到曲轴箱的气体只有进气量的0.2%~1.0%,密封是比较成功的,这也是往复活塞式发动机至今仍有强大生命力的重要原因之一。

此外,由于活塞环有“三隙”,它在气缸中上下往复运动。当活塞在气缸中向下运动时,气缸壁上的机油就通过活塞环的侧隙下方进入背隙;

当活塞在气缸中向上运动时,背隙中的机油就会进入侧隙上方,然后被送入燃烧室参与燃烧;

这个现象在发动机运转过程中反复不断的进行,机油就被逐渐的消耗掉了。

这种现象称为“活塞环泵油作用”,这是往复活塞式发动机固有的特性之一,任何品牌和型号的发动机都会消耗机油,只是程度不同而已。

活塞环的三隙越大,泵油作用越强烈,消耗的机油越多。发动机在使用过程中,由于磨损会导致三隙越来越大,所以机油消耗量也会越越来越多。

正是由于活塞环不能实现完全密封,再加上活塞环泵油作用的存在,所以在活塞环部位不可避免的会生成积碳。

但是气环和油环积碳的生成机理是不同的,我们分别来说说。

首先来说气环。气环直接接触高温高压的可燃气体,工作时温度极高。

高温高压的可燃气体从气缸壁与活塞之间的间隙进入到活塞环槽中,遇到活塞环泵油作用带上来的机油,会导致机油结焦、固化;

此外,当发动机停机后,最后一次喷入到燃烧室中的燃油没有得到燃烧,在活塞残余高温的作用下,也会结焦固化,最终会生成积碳沉积在活塞环槽中。

这就是气环积碳的生成原理。只是在气环这个部位,活塞环泵油作用带上来的机油是极少量的,大多是汽油没有完全燃烧沉积的积碳。

也就是说,气环部位沉积的积碳,大多是由于汽油造成的,汽油的品质和燃烧状态直接影响积碳的数量与性质。

活塞环在活塞环槽中是不断上下运动的,同时气缸也不是绝对的圆形,活塞在气缸中上下往复运动,活塞环也在不断地压缩伸张,在活塞环的端隙和侧隙部位的积碳,不断的被挤压,是留不住的,只有背隙中的积碳能残留下来。

也就是说,积碳只是残留在气环的一个侧面部位,是不可能把气环抱死的,也不可能导致发动机烧机油。

同时积碳沉积在背隙中,客观上起到了减小背隙的作用,反倒可以加强密封、降低泵油作用,所以说,轻微的积碳,对发动机是有好处的。

再来说说油环。油环的主要作用是将气缸壁上多余的润滑油刮下来,再通过活塞上的回油孔流回油底壳,同时在气缸壁上布置一层薄薄的油膜。

油环有整体式和组合式两种。整体式结构比较简单,与气环类似,在环的圆周上开一些回油用的小孔或窄槽,背部有一个弹性衬簧,它的优点是结构简单,造价低廉,缺点是刮油效果一般;

组合式油环结构比较复杂,由刮油钢片和弹性衬簧组成,在安装状态下没有侧隙,衬簧弹性大,回油能力强,对气缸壁的适应性强,刮油效果优于整体式。以烧机油著称的某德系发动机,早期就是使用整体式油环,机油消耗量巨大;后期改成组合式油环,机油消耗量就大幅度下降了。

那么这个部位的积碳是如何形成的呢?

在这里,燃烧室高温高压的气体由于被上面的两道气环阻挡截留,窜入到油环的气体已经极少了,对积碳的形成影响几乎可以忽略不计。

这个部位的积碳主要是机油形成的。油环的主要作用就是刮油布油,所以它的上面始终布满了机油。

这些机油在活塞高温作用下,会慢慢地结焦、固化,最终形成了积碳。这就是油环部位积碳的生成机理。

这些积碳沉积在油环或者活塞回油孔上,会缩小甚至堵塞回油孔,降低油环的刮油效果,刮下来的机油也无法顺利地返回油底壳;

如果积碳沉积在弹性衬簧上,会降低衬簧的弹性,导致油环整体弹性降低,对气缸壁适应性减弱,刮油效果下降;

如果积碳过多,整个油环上面沉积的都是积碳,那么油环就真的被“抱死”了,没有任何弹性,刮油效果大幅度下降,机油消耗量大幅度上升,也就是所谓的“烧机油”。

总结一下,气环是不可能被积碳抱死的,气环部位的积碳对烧机油也没有任何影响;

而油环是有可能被积碳抱死的,它抱死后确实会导致发动机烧机油。网络上那些大咖说得积碳抱死活塞环,主要就是指油环被抱死,只是有些人故意说得不那么明确罢了。

知道了积碳的生成机理,我们就可以有的放矢地去预防积碳的生成速度和数量。

在燃烧室、气环部位的积碳,主要受汽油品质和汽油燃烧状态的影响,所以使用高品质的汽油、让汽油尽可能地完全燃烧,是预防积碳的主要方法,比如避免发动机长期低负荷运行、避免长时间怠速、定期跑高速等;

而油环部位的积碳,主要受机油品质的影响,所以使用高品质、纯正的机油,是降低油环积碳的主要方法。

最后再来说说积碳的清洗。

现在清洗发动机积碳已经是一门营业额巨大的生意了,成本低廉,利润高企。几乎所有的4s店、修理厂,都有各种各样的积碳清洗手段,比如核桃砂、干冰、打吊瓶、清洗剂等。

但是这些方法,无一例外,只能清洗表面上的积碳,比如活塞头部、燃烧室内壁等,但是这些部位的积碳对发动机性能几乎是没有影响的;

真正对发动机性能影响最大的油环积碳,根本就洗不到,更不可能让油环释放开,恢复弹力,即使在机油中添加清洗剂,也不可能短时间内把油环上的积碳清除干净。

所以老侯给这些积碳清洗总结一句话就是:该洗的地方洗不到,洗掉的都是浮华。

所以说,想用清洗积碳的方法来治理发动机烧机油,无异于缘木求鱼、掘地寻天,根本是不可能的。

当发动机出现了烧机油症状,一般都是气环磨损较大,油环已经被积碳抱死,同时进入到燃烧室参与燃烧的机油增多,燃烧室内部和气环上的积碳也增多了,导致磨损进一步增大,窜气量更多,积碳更严重,形成了恶性循环,甚至积碳掉落到活塞与气缸壁之间导致拉缸。

遇到这种情况,只能大修发动机了。此时清洗积碳,就像给癌症晚期的病人吃止痛药一样,只能缓解疼痛,不会根治病症。

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