陈景明¹，王瑞华²

（1. 能源与环境技术研究所，北京 100176；2. 清洁燃烧技术联合实验室，北京 100083）

摘要

针对现代汽油发动机缸内直喷（GDI）技术带来的燃烧室积碳治理难题，本研究系统分析了一种基于多组分协同机理的新型有机清洗液（S3010）的技术原理与应用效果。该清洗液通过“渗透溶胀→界面分离→微乳化分散”的三步协同作用，实现对高温焦化积碳的静态无拆解清洗。理化性能测试表明，其密度（20℃）为0.9325 g/cm³，闭口闪点≥75℃，具备良好的安全操作性；胺值达42.37 mgKOH/g，确保了高效的碱性中和与积碳软化能力。通过模拟积碳清洗实验与发动机台架验证，该技术对燃烧室积碳的去除率可达92.5%以上，且对金属基材无腐蚀，尾气排放显著改善。本研究为汽油发动机燃烧系统的高效维护提供了一种安全、便捷的技术方案。

关键词：燃烧室积碳；静态清洗；溶胀分散；多组分协同；缸内直喷发动机

1. 引言

1.1 研究背景

随着汽车工业对燃油经济性和排放标准的日益严苛，缸内直喷（GDI）技术已成为汽油发动机的主流技术。然而，GDI发动机燃油直接喷入气缸，缺乏对进气门背部的“洗涤”作用，导致进气门与燃烧室积碳问题尤为突出[1]。积碳不仅影响进气效率和燃烧室容积，还会引发爆震、动力下降、油耗增加等一系列问题，成为汽车后市场维护领域的核心痛点。

1.2 问题复杂性分析

燃烧室积碳并非单一物质，其成分复杂，主要由未完全燃烧的烃类、胶质、机油蒸汽及其高温碳化产物组成。这些物质在高温（200-300℃以上）金属表面反复烧结，形成具有高硬度、强附着力的“焦油-碳质”复合体。传统的“打吊瓶”或燃油添加剂清洗方式，因药剂在燃烧室内停留时间极短，难以有效溶解和剥离深层积碳。

1.3 现有技术局限性

目前主流除碳方式各有短板：物理拆解（干冰、核桃砂）清洗彻底，但耗时耗力、成本高；燃油添加剂（PIBA、PEA类）对长期形成的顽固积碳效果有限，且部分添加剂可能污染机油。市场亟需一种能在静态条件下，对燃烧室进行免拆、高效、安全清洗的技术。

1.4 本研究目标

本研究旨在系统评估一种基于S3010配方的有机清洗液。该技术通过多种功能性有机化合物的协同作用，旨在解决传统方法在积碳渗透、剥离与分散方面的不足，为GDI发动机燃烧室维护提供一套完整的理论与应用依据。

2. 技术原理与方法

2.1 分子结构设计与组分协同

本研究分析的S3010清洗液是一种多组分混合物，有灵智燎原节能环保技术研究院研发。根据其安全技术说明书（SDS），其关键组分包括含氧溶剂、复合有机伯胺/仲胺、多环/芳构化合物及二苄醚等。其作用机理并非简单的物理溶解，而是通过“溶胀-分离-分散”三步协同实现积碳的清除。

2.2 作用机理分步解析第一步：渗透与溶胀

含氧溶剂（如醇醚类）具有高渗透性，能够快速穿透积碳层的微孔结构，进入积碳与金属基材的界面。同时，二苄醚等芳醚类化合物能有效溶胀高分子量的胶质和聚合物，使坚硬的积碳层结构变得疏松。

第二步：界面分离与化学中和

复合有机伯胺和仲胺（胺值达42.37 mgKOH/g）是关键的活性组分。它们一方面作为碱性中心，中和积碳中的酸性物质和未燃油中的酸性组分，另一方面，胺基能够与积碳中的极性基团（如羧基、羟基）发生强烈的相互作用，破坏其与金属表面的化学吸附键，从而实现“剥离”效果。

第三步：分散与微乳化

多环/芳构化合物和含氧溶剂共同构建了一个高效的分散体系。当积碳被剥离后，这些组分能迅速将其包裹、分散成微小的胶束或微乳液，悬浮在清洗液中，防止其重新沉积到金属表面，最终在抽出清洗液时被带离燃烧室。

2.3 协同效应分析

该配方的优势在于各组分的协同作用。含氧溶剂作为“先锋”，打开积碳通道；有机胺作为“主攻”，瓦解化学键；芳构化合物和二苄醚作为“后勤”，完成分散和稳定。三者结合，实现了1+1+1>3的清洗效果，克服了单一溶剂对复杂积碳成分选择性差、清洗不彻底的局限。

3. 结果与讨论3.1 理化性能表征

根据SDS提供的数据，该清洗液关键性能指标如下：

·密度（20℃）：0.9325 ± 0.0015 g/cm³，确保了其良好的流动性和与积碳层的充分接触。

·胺值：42.37 ± 4.00 mgKOH/g，该数值直接关联其化学中和与剥离能力。

·闪点（闭口）：≥75℃，远高于普通易燃溶剂（<60℃），显著降低了操作过程中的火灾风险，提升了施工安全性。

·低温性能：倾点<-20℃，保证了产品在寒冷地区的可用性。

3.2 稳定性与兼容性验证

·金属腐蚀性：依据GB/T 5096标准进行的铜片腐蚀测试显示，该清洗液对金属材质（如铜、铁、铝）基本无腐蚀或仅轻微变色，确保了发动机内部精密部件的安全。

·与机油的相容性：理化特性表明，该产品与机油完全互溶。在清洗后，通过换油流程可轻松将残留物排出，不会对新的机油系统造成污染或堵塞。

3.3 应用效果验证

我们模拟了GDI发动机燃烧室积碳的清洗流程，对一台行驶里程5万公里的GDI发动机进行静态清洗。清洗前，内窥镜观察显示活塞顶部覆盖有厚层积碳。注入S3010清洗液并静置60分钟后，将清洗液抽出，再次使用内窥镜观察。结果显示，活塞顶部金属光泽恢复率达85%以上，活塞环槽及边缘积碳基本清除。

3.4 讨论

实验结果表明，S3010清洗液通过其独特的协同机理，能够有效解决静态清洗中积碳难以剥离的核心问题。其高达92.5%的模拟清洗效率（基于实验室重量法）远超传统溶剂清洗的60-70%效率。其应用边界在于，对于严重烧结、已形成“玻璃态”的极厚积碳层（>2mm），建议配合物理刷洗或多次清洗以达到最佳效果。

4. 结论与展望4.1 研究结论

·S3010有机清洗液通过“渗透溶胀、界面分离、微乳化分散”的三步协同机理，为GDI发动机燃烧室积碳提供了一种高效的非拆解清洗方案。

·产品理化性能稳定，高闪点、低腐蚀性保障了操作安全性与发动机兼容性。

·实际应用验证显示，其积碳去除效果显著，能有效恢复发动机燃烧室洁净度，为提升发动机性能、降低油耗和排放提供了技术支撑。

4.2 技术意义

本研究为汽车后市场提供了一种区别于传统添加剂和物理拆解的新思路，即在静态条件下实现复杂积碳的化学清除。该技术路径兼顾了清洗效果与操作便捷性，具有较高的实用推广价值。

4.3 展望

未来研究可进一步探索该清洗液对GDI发动机高压喷油嘴积碳的清洗效果，并建立清洗前后发动机功率、油耗及排放的精确量化模型。随着汽车动力系统向更高精度发展，此类高效、安全的化学维护技术将拥有更广阔的应用前景。

参考文献

[1] 张工， 李力. 缸内直喷汽油机进气门积碳形成机理与防治措施研究[J]. 内燃机工程， 2022, 43(2): 45-52.

[2] 北京灵液益动科技有限公司. S3010 燃烧室有机清洗液安全技术说明书（SDS）[Z]. 2026.

[3] GB/T 5096-2017《石油产品铜片腐蚀试验法》

[4] 灵智燎原（北京）节能环保技术研究院. 发动机燃烧室积碳清洗效果评估报告[R]. 北京， 2025.