ノズル穴の堆積物とコーキングは、単純な汚染ではなく、複雑な化学的、熱的、流体力学的な相互作用によって引き起こされる、現代のコモンレールディーゼルインジェクターにおける最も陰湿で一般的な故障モードの1つです。表面の汚れとは異なり、これらの堆積物は通常100〜200マイクロメートルの直径のマイクロオリフィス内に形成され、薄い層でも流路面積、噴霧ダイナミクス、燃焼挙動を劇的に変化させることができます。根本的なメカニズムには、高温熱分解、酸化重合、不完全燃焼副生成物の付着が含まれ、これらはすべて高いレール圧と厳しい製造公差によって増幅されます。
コーキングの根源は、ノズル先端内の燃料と潤滑油成分の熱分解です。噴射中および噴射後、サック体積とノズル穴に閉じ込められた残留ディーゼル燃料は、燃焼室からの極度の熱（しばしば400℃を超える）にさらされます。このような条件下では、長鎖炭化水素は熱分解と脱水素を起こし、高密度の炭素リッチなポリマー物質を形成します。これらの化合物はオリフィスの内壁にしっかりと付着し、徐々に硬くて耐火性の堆積物に成長します。同様に、摩耗したバルブガイドまたはピストンリングを介して燃焼室に入る残留エンジンオイルは、灰と重質有機成分を供給し、特に長時間のアイドリング、低負荷運転、または燃焼温度が不安定なままの頻繁な短距離走行中に、堆積物の形成をさらに加速させます。
燃料の品質は、このメカニズムを著しく増幅させます。高沸点成分、低い酸化安定性、または残留無機不純物を含む燃料は、堆積物の核生成を促進します。低品質ディーゼル燃料中の不飽和炭化水素は、熱と圧力下で重合しやすく、ゴム状の前駆体を形成してコークに硬化します。不十分なろ過は、微細な粒子状物質が核生成サイトとして機能し、堆積物の成長を促進し、オリフィス閉塞を加速させます。
流体力学的には、堆積物はノズル内部の意図された層流燃料の流れを妨げます。有効オリフィス直径が縮小すると、噴射率が低下し、噴霧貫通距離が短縮され、霧化品質が著しく低下します。燃料ジェットは不均一になり、シリンダー壁への燃料衝突、不完全燃焼、すす排出量の増加、および粒子状物質排出量の増加につながります。時間の経過とともに、部分的な閉塞はシリンダーの不均衡、ラフアイドリング、出力低下、および排気温度の上昇を引き起こす可能性があります。重度のケースでは、オリフィスのほぼ完全な閉塞により、適切な燃料供給ができなくなり、失火や後処理システムへの損傷につながる可能性があります。
さらに、ニードルシート付近の堆積物は正確なシールを妨げ、低圧漏れ、噴射後のドリップ、および無規制の燃料の流れを引き起こします。これにより自己増強サイクルが生まれます。不完全燃焼はより多くの堆積物を生成し、それが噴霧品質をさらに低下させ、コーキングを悪化させ、最終的にインジェクターの性能が不可逆的に損なわれます。したがって、故障メカニズムの観点から、ノズルコーキングは熱化学的に駆動される、進行性で自己加速的な劣化プロセスであり、高圧コモンレールインジェクターのコア機能を損ないます。
