内部堆積物とコークス化は、現代の高圧コモンレールディーゼルインジェクターにおいて、最も頻繁かつ構造的に損傷を与える故障メカニズムの1つです。これらの堆積物は単純な表面の汚れではなく、熱分解、酸化的重合、不完全燃焼、燃料由来の汚染によって形成される複雑な炭素質、樹脂状、無機質の蓄積物です。これらは主にインジェクターのサック部、ノズル穴、ニードルシート部、および内部制御通路に発生し、たとえ薄い層であっても油圧性能と噴霧特性を著しく妨げます。
形成メカニズムは、噴射後にノズル内に残った残留燃料から始まります。インジェクターが噴射していないとき、チップはしばしば400℃を超える燃焼室温度にさらされます。このような熱応力下で、ディーゼル燃料中の重質炭化水素分は熱分解と脱水素を起こし、高分子量ポリマー、最終的には硬質コークスに変化します。高沸点成分が多く、安定性が低く、不飽和炭化水素を多く含む低品質ディーゼルは、このプロセスを加速させます。さらに、燃焼室に侵入する潤滑油ミストは、灰分、硫黄化合物、金属酸化物を持ち込み、これらは核生成サイトとして機能し、堆積物の付着と硬化を促進します。
運転条件はコークス化の深刻度に強く影響します。長時間のアイドリング、低負荷走行、頻繁なコールドスタート、過剰なEGR率は、不完全燃焼を引き起こし、すすや未燃炭化水素の堆積を増加させます。コモンレールシステムにおける高噴射圧力は、堆積物の圧縮を激化させ、除去を極めて困難にします。堆積物が蓄積すると、ノズル穴が狭くなったり部分的に詰まったりして、噴霧の貫通距離、コーン角、霧化品質が歪みます。不適切な噴霧形成は、シリンダー壁への燃料の衝突、不完全燃焼、すす排出量の増加、出力低下、アイドリングの不安定化、燃料消費量の増加を引き起こします。
ニードルシート付近の堆積物は、完全なシールを妨げ、内部漏れ、後噴射、燃料の滴下を引き起こします。これにより自己強化サイクルが生じます。燃焼の悪化がさらなる堆積物を生成し、それが噴射性能をさらに低下させます。進行した段階では、堆積物は精密部品に恒久的な摩耗を引き起こし、修復を不可能にします。
効果的な処理には、有機堆積物を溶解するための特殊な化学溶液を用いた専門的な超音波洗浄が含まれます。硬化したコークスには、高圧パルス洗浄が必要になる場合があります。ノズル形状が侵食されたり永久に変形したりした場合は、ノズル交換が必要です。予防策としては、低硫黄で高安定性のディーゼル燃料の使用、燃料フィルターの定期交換、定期的なインジェクター洗浄、長時間の低負荷運転の回避が含まれます。熱的および化学的な形成経路の両方に対処することで、堆積物に関連するインジェクターの故障を大幅に減らすことができます。
