汽油機(jī)電控噴油器積碳堵塞原因分析

    1)結(jié)構(gòu)概述

    汽油噴油器按噴嘴口的形式分為針閥型和孔型。針閥型噴油器最早出現(xiàn)于1967年，霧化效果好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種嘖油器。

    如圖 1所示，噴油器安裝在各缸進(jìn)氣支管上，其朝向進(jìn)氣門。它是一種高精密度的電磁閥，由電腦發(fā)出的脈沖式電信號控制。電磁線圈通電時(shí)，電磁力將銜鐵和針閥吸起，一定壓力的燃油通過精確設(shè)計(jì)的針閥和閥座之間的環(huán)狀間隙，如圖 2所示。燃油以霧狀噴人進(jìn)氣支管與空氣混合，在進(jìn)氣行程中被吸入氣缸。噴油量取決于針閥行程、環(huán)狀間隙、噴油壓力、噴油時(shí)間等方面。針閥行程是一定的，噴油壓力由油壓調(diào)節(jié)器保持為一定值，噴油時(shí)間由程序設(shè)定，這樣噴油量就取決于環(huán)狀間隙，稱為計(jì)量間隙。為了保證精確的噴油量，針閥和閥座的加工精度要求很高，計(jì)量間隙只有50μm。

    2)噴油器對積炭非常敏感

    由前述的噴油器結(jié)構(gòu)可知，噴油器頭部針閥處的計(jì)量區(qū)是最精密的部位，計(jì)量間隙特別微小(徑向間隙約為0.05m)。這對于精確控制噴油量，達(dá)到理想的空燃比是非常必要的，但這也使它對積炭非常敏感，針閥表面很少的積炭就會(huì)使噴油量減少，導(dǎo)致供袖不足。資料表明，計(jì)量間隙處6μm厚的積炭就會(huì)使噴油器噴油量降低26%。積炭還改變了噴射形狀，容易造成偏射，導(dǎo)致混合氣不均勻，并影響到燃油的霧化效果，使汽車性能下降。噴油器積炭主要就是指噴油器計(jì)量區(qū)針閥表面的積炭。

    汽油像一般有機(jī)化合物一樣，會(huì)氧化變質(zhì)。主要是由于烯怪等不飽和經(jīng)在常溫液相條件下容易與空氣中的氧發(fā)生自氧化反應(yīng)(實(shí)際上是涉及過氧化物和烴自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng))，而且彼此之間還會(huì)發(fā)生縮合和聚合反應(yīng)，生成低聚粘稠物，即膠質(zhì)，其中一部分膠質(zhì)是在汽油的儲(chǔ)運(yùn)過程中緩慢形成的。此外，燃油供給系統(tǒng)油路中的汽油大部分要流回油箱，受發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)溫度的影響，自氧化反應(yīng)加速，也會(huì)使汽油中的膠質(zhì)增多。

    膠質(zhì)中含有過氧鍵，溫度超過70°C以后，汽油中的過氧自由基增加，膠質(zhì)中又含有碳碳雙鍵，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在低聚物的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行，形成分子量更大的聚合物，容易沉淀。膠質(zhì)是極性物質(zhì)，一方面膠質(zhì)分子之間容易聚集，使汽油的重質(zhì)組分增加；另一方面膠質(zhì)分子容易吸附在金屬表面，形成沉淀。本文將膠質(zhì)和膠質(zhì)聚集或深度氧化的產(chǎn)物等重質(zhì)組分統(tǒng)稱為沉積物前驅(qū)體。

    可以說，發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部位發(fā)生積炭，均是在膠質(zhì)的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行的。氣門、活塞、燃燒室等處的積炭就是由于潤滑油和汽油的輕組分蒸發(fā)，膠質(zhì)等重質(zhì)組分在高溫下進(jìn)行深度氧化(鏈?zhǔn)椒磻?yīng))，最后的氧化聚合產(chǎn)物(高聚物)沉積在這些零件的表面，形成漆膜狀積炭。

    1)汽車運(yùn)行中不易產(chǎn)生積炭

    汽車運(yùn)行中，由散熱器格柵流入的氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)由前向后流動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)放出的熱量由發(fā)動(dòng)機(jī)室的后方散發(fā)到大氣中去，發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的溫度一般在40℃左右。在進(jìn)氣管內(nèi)，高速進(jìn)氣流具有冷卻作用，因此噴油器頭部的溫度不會(huì)超過50℃。在這樣的環(huán)境溫度下，自氧化反應(yīng)的平衡不會(huì)被打破，膠質(zhì)不能深度氧化，不易形成積炭，而且汽車運(yùn)行過程中，噴油器有自潔作用。噴油器的針閥在計(jì)量區(qū)不停地來回運(yùn)動(dòng)，并在針閥打開時(shí)，高速的汽油從計(jì)量間隙流過，膠質(zhì)等沉積物前驅(qū)體很難在計(jì)量表面沉淀。

    2)熱浴對噴油器積炭堵塞的影響

    由此可見，汽車在運(yùn)行(包括怠速)中是很難形成積炭的。但是，當(dāng)汽車停車、發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，情況就不一樣了。這時(shí)候，上述的冷卻作用沒有了，受氣缸和排氣管內(nèi)的輻射熱的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的環(huán)境溫度在短時(shí)間內(nèi)可達(dá)100℃以上，這種現(xiàn)象被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)熱浴現(xiàn)象。

    圖 3為在15工況運(yùn)行和等速120km/h運(yùn)行后，發(fā)動(dòng)機(jī)熱浴過程中噴油器頭部的溫度變化曲線。

    可見，在汽車停車后的前10分鐘內(nèi)，噴油器頭部的溫度急劇上升至100℃左右，然后保持30多分鐘，并緩慢下降。在汽車停車后約有45分鐘時(shí)間噴油器頭部溫度都在100℃以上，而且高速大負(fù)荷運(yùn)行后，熱浴溫度更高。

    根據(jù)日本的名鐵大廈、大阪大廈和我國的北京、上海、南京等地的觀測資料，停車場停車時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從指數(shù)函數(shù)分布，8096的車輛的停車時(shí)間為0.5-3.0小時(shí)。隨著市區(qū)規(guī)模的擴(kuò)大，平均停車時(shí)間顯著增加，并且停車時(shí)分布偏向長時(shí)停車。

    綜上所述，汽車停車后，發(fā)動(dòng)機(jī)一般會(huì)經(jīng)歷充分的熱浴，噴油器頭部經(jīng)歷一個(gè)較長的相對高溫，而且噴油器的針閥也處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有了自潔作用。這些條件都有利于滯留在噴油器頭部的燃油進(jìn)行深度氧化(鏈?zhǔn)椒磻?yīng))，形成高聚物，并沉積在零件的表面形成積炭。

    3)噴油器積炭堵塞原因分析

    噴袖器積炭不是一朝一夕形成的，而是在發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常性的熱浴過程中累積起來的。汽車停運(yùn)、發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷熱浴。噴油器頭部計(jì)量區(qū)的金屬表面上會(huì)滯留一層油膜，另外在熱浴過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)分配油管中的高壓也會(huì)使少量燃油從針閥密封面滲漏到計(jì)量區(qū)。噴油器頭部的溫度驟然升高到100℃以上，袖膜的輕質(zhì)組分容易揮發(fā)，重質(zhì)組分(主要是膠質(zhì))滯留在金屬表面上。

    在高溫條件下，膠質(zhì)分子分解出過氧自由基，從而引發(fā)含氧低聚物繼續(xù)進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，深度氧化。由于含有不飽和鍵，膠質(zhì)分子之間還會(huì)發(fā)生縮合或聚合反應(yīng)，還有極性分子之間的聚集，因此油膜中粘稠的高分子聚合物越來越多。這些化合物沉積在零件的表面上，像薄薄的一層漆膜，這種漆膜具有使周圍的顆粒物質(zhì)附著在自己表面上。顆粒物包括空氣中的粉塵、經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱氣返回系統(tǒng)(PCV)和發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)而進(jìn)入進(jìn)氣支管的燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)物。漆膜緊貼金屬表面部分會(huì)慢慢地干化為硬質(zhì)均勻的漆膜，即噴油器積炭的底層。外來的顆粒物附著在漆膜的表層，猶如粘結(jié)劑中加入了固體填料，最后變成硬質(zhì)的積炭，這就是噴油器表層的積炭。表層中含有外來的顆粒物，無機(jī)物成分含量較多。

    噴油器具有精密的結(jié)構(gòu)，對積炭非常敏感，這是噴油器積炭影響汽車性能的內(nèi)在原因。