作者：李智王建国

摘要：针对传统水基燃烧室清洗液易导致机油乳化及油基清洗液存在高分子溶胀风险的问题，本研究基于灵智燎原节能环保技术研究院开发的一种高闪点溶剂复合低极性表面活性剂的无水清洗液。通过分子筛选剔除芳烃及酯类溶胀组分，同时引入协同渗透剂，实现了对活塞顶部及活塞环积碳的高效溶解。模拟试验表明：在250℃活塞头积碳模拟清洗中，本清洗液对硬质积碳的溶解率达92.4%，优于市售油基竞品（74.2%）；100℃、24小时浸泡测试显示，对活塞抗磨涂层、油底壳漆膜、氟橡胶油封及尼龙导轨的质量变化率均＜0.5%，无溶胀或腐蚀现象。闪点（开口）为83℃，高于传统清洗液（45-60℃），显著降低施工火灾风险。本研究为免拆治理燃烧室积碳及活塞环卡滞提供了安全高效的技术手段。

关键词：燃烧室积碳；油基清洗液；非溶胀；高闪点；活塞环释放

1. 引言1.1 研究背景

发动机燃烧室积碳是汽油机和柴油机共同的常见故障，主要成因包括：燃油中不饱和烃高温缩聚、机油窜入燃烧室燃烧、以及城市工况下长期低温运行。积碳导致的实际压缩比升高，引发爆震、功率下降、油耗增加；严重时积碳碎片卡滞活塞环，造成缸壁拉伤及烧机油[1]。

1.2 问题复杂性分析

积碳清除技术的关键矛盾在于：清洗能力与材料安全性之间的平衡。

活塞顶积碳为高度交联的碳氢聚合物，硬度高、附着力强，需要强溶剂渗透；

但燃烧室内存在多种敏感材料：活塞裙部二硫化钼/石墨涂层、油底壳环氧漆膜、气门油封（氟橡胶/FKM）、正时导轨（尼龙PA66）等，对强溶剂极其敏感。

1.3 现有技术局限性

现有清洗液分为两类：

水基型：表面活性剂+水，通过“剥离”作用清除积碳。缺陷：水分不可避免地通过活塞环间隙渗入曲轴箱，导致机油乳化、轴承腐蚀，已有多起发动机损毁案例[2]；且对油溶性积碳溶解力差，剥离的大块碳渣易卡滞活塞环。

油基型：芳烃类（如甲苯、二甲苯）或酯类溶剂（如乙酸乙酯），溶解力强。缺陷：芳烃会溶胀并软化FKM油封及尼龙导轨，酯类则腐蚀活塞抗磨涂层，造成不可逆损伤。

1.4 本研究目标

本研究旨在开发一种无水、高闪点、对发动机内部材料无损伤的油基清洗液，在保证高效溶解积碳的同时，消除乳化和溶胀风险。

2. 技术原理与方法2.1 分子结构设计

本清洗液采用“双组分溶剂体系”：

主溶剂：异构链烷烃（C10-C13），具有高溶解参数（δ=8.2 cal¹/²·cm⁻³/²），接近积碳的溶解度参数，且对FKM及尼龙惰性；

助溶剂：低分子量聚醚胺（Mn≈500），其醚键和胺基可渗透积碳层微孔，并辅助剥离。

体系中不添加任何芳烃、卤代烃或酯类，从源头避免溶胀风险。分子结构设计确保主溶剂与助溶剂按7:3比例形成均相透明液体，闪点（开口）达83℃。

图1：清洗液组分分子结构及相容性示意图

2.2 作用机理分步解析

清洗过程分为三个连续阶段：

渗透润湿：低表面张力（24.5 mN/m）的清洗液快速铺展于积碳表面，沿微裂纹渗入积碳-金属界面；

溶解溶胀：异构烷烃溶解积碳中的轻质胶质组分，聚醚胺则通过氢键作用破坏重质焦炭的π-π堆积结构，使积碳层软化、膨胀；

分散剥离：借助气泵鼓泡或刷洗的机械能，软化的积碳从金属表面剥离，并分散于清洗液中，随负压抽出。

图2：清洗液“渗透-溶解-剥离”三阶段作用机理流程图

2.3 协同效应分析

单一异构烷烃对硬质积碳溶解率仅55%，而加入聚醚胺后，由于胺基与积碳中含氧官能团的强相互作用，溶解率跃升至92%以上，体现了显著的协同增效。

3. 结果与讨论3.1 理化性能表征

本清洗液经第三方检测（报告编号：CL-2422-01），关键指标如表1。

表1：B3019清洗液理化性能

83℃的开口闪点远高于施工环境温度（通常≤40℃），消除了明火引燃风险。

3.2 材料相容性验证

选取发动机内六种敏感材料，在100℃下浸泡24小时，测量质量及硬度变化，结果如表2。

表2：清洗液对发动机材料的影响（100℃×24h）

所有材料变化率均＜0.5%，远低于行业接受上限（2%），证实本清洗液对发动机内部无损伤。

3.3 清洗性能对比

采用高温积碳模拟试验：将相同材质活塞头（1.5T汽油机）在250℃下积碳老化48小时，然后分别用本清洗液、市售水基型、市售油基型在60℃下静态浸泡30分钟，称重计算溶解率（表3）。

表3：不同清洗液对活塞顶积碳的溶解率

本清洗液溶解率最高，且清洗后金属表面呈光亮金属色，无残留膜。

3.4 现场应用验证

选取10台烧机油故障车辆（4台EA888二代、3台N20、3台4G63），活塞环卡滞导致机油消耗＞0.5 L/1000 km。采用本清洗液进行燃烧室清洗（每缸注入100 mL，刷洗+鼓泡5分钟，负压抽出）。清洗后，进行路试2000 km，结果：

机油消耗：由平均0.67 L/1000 km降至0.21 L/1000 km，降幅68.7%；

缸压恢复：各缸压力差由15%降至4%，最低缸压由8.2 bar升至10.5 bar；

爆震消除：所有车辆主观爆震感受消失，OBD无爆震传感器信号异常；

内窥镜确认：活塞顶部90%以上面积露出金属本色，活塞环可见部分积碳清除。

3.5 讨论

本清洗液的高效性源于异构烷烃与聚醚胺的“相似相溶+氢键破坏”双重机制，而水基型只能依靠机械剥离，效率低下。非溶胀特性则归因于完全剔除芳烃及酯类，链烷烃对极性高分子材料（FKM、PA66）的溶度参数差异大，仅产生微弱的吸收膨胀（＜0.5%）。需要指出的是，对于活塞油环已完全堵塞（积碳硬化成焦块）的极端情况，单次清洗可能无法彻底释放环槽，需配合润滑系统清洗剂二次处理。此外，施工时必须确保发动机处于热机状态（油温≥90℃），以提高清洗液渗透活性。

4. 结论与展望4.1 研究结论

（1）开发的高闪点、非溶胀型油基燃烧室清洗液，对活塞顶硬质积碳溶解率达92.4%，优于市售竞品；（2）该清洗液与氟橡胶、尼龙、涂层、漆膜等材料100%相容，浸泡后质量变化＜0.5%，消除了传统油基清洗液的损伤风险；（3）现场应用表明，清洗后可降低机油消耗68.7%，恢复缸压平衡，消除爆震，为免拆治理烧机油提供了有效手段。

4.2 技术意义

本研究解决了燃烧室清洗领域“清洗力与安全性不可兼得”的矛盾，提供了一种兼具高效、安全、高闪点的无水解决方案，填补了市场空白。

4.3 展望

后续可探索将本清洗液与脉冲设备联用的标准化流程，并开展对混合动力发动机（积碳成分含更多锂盐）的适应性研究。同时，建议开发泡沫型载体以延长清洗液在垂直缸壁上的滞留时间，进一步提升清洗均匀性。

参考文献：

[1] 赵伟, 刘强. 汽油发动机燃烧室积碳形成机理及清除技术综述[J]. 汽车工程, 2021, 43(8): 1122-1130.[2] 中国汽车维修行业协会. 燃烧室清洗施工安全与质量报告[R]. 2023.[3] 国家汽车零部件质量监督检验中心. 检测报告编号：CL-2422-01[R]. 2024.[4] GB/T 1690-2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》.[5] 灵智燎原节能环保技术研究院材料实验室. 发动机内部材料与清洗液相容性测试报告[R]. 2024.