Diepgaande analyse van interne afzettingen en verkooksing in common-rail dieselinjectoren

Interne afzettingen en verkooling vormen een van de meest frequente en structureel schadelijke faalmechanismen in moderne hogedruk common-rail dieselinjectoren. Deze afzettingen zijn geen simpele oppervlaktevervuiling, maar complexe koolstofachtige, harsachtige en anorganische ophopingen gevormd door thermische ontleding, oxidatieve polymerisatie, onvolledige verbranding en brandstofverontreiniging. Ze komen voornamelijk voor in het injector sac-volume, de nozzle-gaten, het naaldzittinggebied en de interne regelkanalen, waar zelfs dunne lagen de hydraulische prestaties en sproei-eigenschappen ernstig kunnen verstoren.

Het vormingsmechanisme begint met restbrandstof die na injectie in de nozzle achterblijft. Wanneer de injector niet ontlaadt, wordt de punt blootgesteld aan verbrandingskamertemperaturen die vaak 400°C overschrijden. Onder dergelijke thermische stress ondergaan zware koolwaterstoffracties in diesel pyrolyse en dehydrogenatie, waarbij ze transformeren in polymeren met een hoog molecuulgewicht en uiteindelijk harde koolstofcoke. Diesel van lage kwaliteit met componenten met een hoog kookpunt, slechte stabiliteit en onverzadigde koolwaterstoffen versnelt dit proces. Bovendien introduceert smeerolie-mist die de verbrandingskamer binnenkomt as, zwavelverbindingen en metaaloxiden die als nucleatiepunten fungeren, waardoor de hechting en verharding van afzettingen wordt bevorderd.

Bedrijfsomstandigheden beïnvloeden de ernst van verkooling sterk. Langdurig stationair draaien, draaien bij lage belasting, frequente koude starts en overmatige EGR-percentages leiden tot onvolledige verbranding, wat resulteert in meer roet- en onverbrande koolwaterstofafzettingen. Hoge injectiedrukken in common-rail systemen versterken de compactie van afzettingen, waardoor ze extreem moeilijk te verwijderen zijn. Naarmate afzettingen zich ophopen, worden de nozzle-gaten smaller of gedeeltelijk geblokkeerd, wat de sproeidiepte, de kegelhoek en de vernevelingskwaliteit vervormt. Slechte sproeivorming veroorzaakt brandstofinslag op de cilinderwanden, onvolledige verbranding, hogere roetemissies, vermogensverlies, ruw stationair draaien en verhoogd brandstofverbruik.

Afzettingen nabij de naaldzitting voorkomen ook een volledige afdichting, wat resulteert in interne lekkage, post-injectie en brandstofdruppelen. Dit creëert een zelfversterkende cyclus: aangetaste verbranding genereert meer afzettingen, die de injectieprestaties verder degraderen. In gevorderde stadia kunnen afzettingen permanente slijtage aan precisiecomponenten veroorzaken, waardoor herstel onmogelijk wordt.

Effectieve behandeling omvat professionele ultrasone reiniging met gespecialiseerde chemische oplossingen om organische afzettingen op te lossen. Voor verharde coke kan hogedruk pulsspoeling nodig zijn. Als de nozzle-geometrie geërodeerd of permanent vervormd is, is vervanging van de nozzle noodzakelijk. Preventieve maatregelen omvatten het gebruik van diesel met een laag zwavelgehalte en hoge stabiliteit, regelmatige vervanging van het brandstoffilter, periodieke reiniging van de injector en het vermijden van langdurige bedrijf bij lage belasting. Door zowel thermische als chemische vormingspaden aan te pakken, kunnen afzettinggerelateerde injectorstoringen aanzienlijk worden verminderd.