汽油機電控噴油器積碳堵塞原因分析

    1)結構概述

    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于1967年，霧化效果好，是目前應用最廣泛的一種嘖油器。

    如圖 1所示，噴油器安裝在各缸進氣支管上，其朝向進氣門。它是一種高精密度的電磁閥，由電腦發出的脈沖式電信號控制。電磁線圈通電時，電磁力將銜鐵和針閥吸起，一定壓力的燃油通過精確設計的針閥和閥座之間的環狀間隙，如圖 2所示。燃油以霧狀噴人進氣支管與空氣混合，在進氣行程中被吸入氣缸。噴油量取決于針閥行程、環狀間隙、噴油壓力、噴油時間等方面。針閥行程是一定的，噴油壓力由油壓調節器保持為一定值，噴油時間由程序設定，這樣噴油量就取決于環狀間隙，稱為計量間隙。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

    由前述的噴油器結構可知，噴油器頭部針閥處的計量區是最精密的部位，計量間隙特別微小(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使噴油量減少，導致供袖不足。資料表明，計量間隙處6μm厚的積炭就會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量區針閥表面的積炭。

    汽油像一般有機化合物一樣，會氧化變質。主要是由于烯怪等不飽和經在常溫液相條件下容易與空氣中的氧發生自氧化反應(實際上是涉及過氧化物和烴自由基的鏈式反應)，而且彼此之間還會發生縮合和聚合反應，生成低聚粘稠物，即膠質，其中一部分膠質是在汽油的儲運過程中緩慢形成的。此外，燃油供給系統油路中的汽油大部分要流回油箱，受發動機室內溫度的影響，自氧化反應加速，也會使汽油中的膠質增多。

    膠質中含有過氧鍵，溫度超過70°C以后，汽油中的過氧自由基增加，膠質中又含有碳碳雙鍵，使鏈式反應在低聚物的基礎上繼續進行，形成分子量更大的聚合物，容易沉淀。膠質是極性物質，一方面膠質分子之間容易聚集，使汽油的重質組分增加；另一方面膠質分子容易吸附在金屬表面，形成沉淀。本文將膠質和膠質聚集或深度氧化的產物等重質組分統稱為沉積物前驅體。

    可以說，發動機各個部位發生積炭，均是在膠質的基礎上繼續進行的。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，膠質等重質組分在高溫下進行深度氧化(鏈式反應)，最后的氧化聚合產物(高聚物)沉積在這些零件的表面，形成漆膜狀積炭。

    1)汽車運行中不易產生積炭

    汽車運行中，由散熱器格柵流入的氣流在發動機室內由前向后流動，使發動機放出的熱量由發動機室的后方散發到大氣中去，發動機室內的溫度一般在40℃左右。在進氣管內，高速進氣流具有冷卻作用，因此噴油器頭部的溫度不會超過50℃。在這樣的環境溫度下，自氧化反應的平衡不會被打破，膠質不能深度氧化，不易形成積炭，而且汽車運行過程中，噴油器有自潔作用。噴油器的針閥在計量區不停地來回運動，并在針閥打開時，高速的汽油從計量間隙流過，膠質等沉積物前驅體很難在計量表面沉淀。

    2)熱浴對噴油器積炭堵塞的影響

    由此可見，汽車在運行(包括怠速)中是很難形成積炭的。但是，當汽車停車、發動機停止工作后，情況就不一樣了。這時候，上述的冷卻作用沒有了，受氣缸和排氣管內的輻射熱的影響，發動機室內的環境溫度在短時間內可達100℃以上，這種現象被稱為發動機熱浴現象。

    圖 3為在15工況運行和等速120km/h運行后，發動機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，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分鐘時間噴油器頭部溫度都在100℃以上，而且高速大負荷運行后，熱浴溫度更高。

    根據日本的名鐵大廈、大阪大廈和我國的北京、上海、南京等地的觀測資料，停車場停車時間的統計規律服從指數函數分布，8096的車輛的停車時間為0.5-3.0小時。隨著市區規模的擴大，平均停車時間顯著增加，并且停車時分布偏向長時停車。

    綜上所述，汽車停車后，發動機一般會經歷充分的熱浴，噴油器頭部經歷一個較長的相對高溫，而且噴油器的針閥也處于靜止狀態，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行深度氧化(鏈式反應)，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，而是在發動機經常性的熱浴過程中累積起來的。汽車停運、發動機停止工作后，發動機經歷熱浴。噴油器頭部計量區的金屬表面上會滯留一層油膜，另外在熱浴過程中，發動機分配油管中的高壓也會使少量燃油從針閥密封面滲漏到計量區。噴油器頭部的溫度驟然升高到100℃以上，袖膜的輕質組分容易揮發，重質組分(主要是膠質)滯留在金屬表面上。

    在高溫條件下，膠質分子分解出過氧自由基，從而引發含氧低聚物繼續進行鏈式反應，深度氧化。由于含有不飽和鍵，膠質分子之間還會發生縮合或聚合反應，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附著在自己表面上。顆粒物包括空氣中的粉塵、經發動機曲軸箱氣返回系統(PCV)和發動機廢氣再循環(EGR)系統而進入進氣支管的燃燒產生的產物。漆膜緊貼金屬表面部分會慢慢地干化為硬質均勻的漆膜，即噴油器積炭的底層。外來的顆粒物附著在漆膜的表層，猶如粘結劑中加入了固體填料，最后變成硬質的積炭，這就是噴油器表層的積炭。表層中含有外來的顆粒物，無機物成分含量較多。

    噴油器具有精密的結構，對積炭非常敏感，這是噴油器積炭影響汽車性能的內在原因。