一种发动机清洗效果评价装置的设计

张瑜

摘要：清洗剂是清洗技术的核心环节。清洗剂一般是有机化合物，含有表面活性剂、有机溶剂、研磨剂和增白剂等成分，一般分为水基型和溶剂型两种。清洗剂选择的好坏直接决定着清洗效果的优劣，而清洗效率是清洗剂使用特性的重要指标。本文针对飞机或汽车等发动机的积碳清洗问题，设计了一种试验装置用于评价其清洗效果，采用称重法计算清洗效率，并据此选择合适的清洗剂及用量，提升顾客清洗积碳的清洗效率，降低工人时间成本。

关键词：工业清洗;积碳;清洗评价;称重法

0  引言

发动机工作过程中，燃油的不充分燃烧产生的积碳是造成发动机性能下降及结构损坏的主要原因，比如汽车发动机内燃油系统80%的故障是由于积碳过多所造成的，因此对汽车发动机内产生的积碳必须进行有效的清洗和控制，以保证车辆的正常运行。

如何科学有效地对各个部位的积碳进行清除，国内外多家公司设计专用清洗设备配合相应的产品对燃油系统进行彻底清洗。清洗剂的品质和量的多少决定了清洗系统工作情况的好坏和清洗能力。为此，本文设计了一种清洗剂清洗效果的评价装置。

1  总体方案设计

如图1所示，清洗剂清洗效果评价装置主要由清洗剂雾化喷注系统、带有积碳的试验样品、步进电机、联轴器等组成。其中清洗剂雾化装置包括清洗剂贮罐、计量泵、高压气瓶、减压阀、流量计、球阀开关等组成。

2  试样制备

首先利用扫描电镜（SEM，Scanning Electron Microscope）观察某发动机积碳样本表面超微结构的形态和组成，并利用能谱仪（EDS，Energy Dispersive Spectroscopy）对积碳样本中的成分元素进行分析。通过SEM观察积碳形貌可以确定为无定形炭（图2）;经EDS能谱（图3）分析成分构成发现，积碳样本中C元素含量占95%，O元素含量占5%。

根据对提供的发动机的积碳样本的分析结果及GJB 2841-1997《燃气涡轮发动机燃气通道清洗剂规范》要求，确定了适合本试验的试验规范，并采用如图4所示积碳样本制备试验装置成功制备出符合试验要求的积碳样本（图5）。

3  关键部件选型

3.1 喷嘴选型

在清洗过程中，对清洗效果有重要影响的因素有喷嘴类型、喷嘴孔径、喷射角度及喷射距离。在喷射洗涤中完成清洗的关键部件是将压力能转变为动能的喷头。

根据试验要求，并结合GJBz 20356-96《航空燃气涡轮发动机燃气通道清洗剂通用要求》中对喷嘴喷射距离和气路空气压力的要求：喷嘴头部应与试验板保持83.8±3mm的距离;空气压力78.4532KPa;清洗剂溶液流量6L/h。因此，选择SUC13A型空气雾化喷嘴。

3.2 电机选择

根据试验要求，清洗设备应能使试验板在喷嘴前方以220r/min的转速垂直转动，喷嘴与板垂直，选择交流异步调速电机。

3.3 联轴器、固定架台设计

为保证电机与试验板拆装方便，使试验板在电机带动下以220r/min的转速转动10min以上而不会损坏试验板表面，本装置最终确定在电机输出轴设计一个法兰联轴器（如图6），既可以准确传递转速又可以平稳连接试验片，并在联轴器与试验板间建立中间定位板，使中间板与联轴器固定连接。

固定架台使用角钢焊接制作，稳定性良好，可用于固定电机与喷嘴。

4  试验流程

准备一定体积分数的清洗剂溶液，通过喷嘴喷向刷有污垢的转动的试验板，清洗剂溶液流量调整到100±10ml/min，经冲洗后的试验板应在105℃加热10min，随后冷却至室温，称重精度为0.1mg，计算清洗效率，以3次试验的平均值作为正式记录，清洗效率计算公式为η（%）=（A-B）/（A-C）×100%。

其中A为积碳试验板清洗前重量;B为积碳试验板清洗后重量;C为试验板未进行积碳处理前重量。

5  清洗效果评价

试验中选用了三种清洗剂（A、B、C）分别使用图1装置按照试验流程对积碳样本进行清洗处理，取3次试验的平均值进行计算，发现清洗剂C的清洗效果最好，清洗效率可以达到96.4%。

之后使用试验中得出的清洗效果最好的清洗剂C对一组发动机全寿命周期内积碳试验件进行积碳清洗，通过清洗效率和效果进行对比，达到同样的清洗效果，使用清洗剂C进行清洗时工时缩短75%，清洗效率提高了3倍，说明清洗剂C可以代替汽油等低闪点溶剂应用于发动机发动机积碳清洗工作中，实现发动机清洗的安全性和高效性，同时也说明本试验装置对清洗效果评价具有很好的指导作用。

6  结论

本文针对传统飞机或汽车的发动机积碳清洗过程中，清洗效率不高等缺点。本文采用称重法计算清洗效率，并據此设计一种试验装置，可以科学有效地选择合适的清洗剂及用量，进而提升清洗积碳的清洗效率，降低工人时间成本。

参考文献：

[1]吴良芹.汽车发动机积碳分析及清理[J].农业装备与车辆工程，2009（1）：48-50.

[2]谷兰俊，熊标.汽车电控发动机进气道积炭的成因和防治[J].汽车实用技术，2012（2）：50-52.

[3]GJB2841-1997，燃气涡轮发动机燃气通道清洗剂规范[S].

[4]GJBz 20356-96，航空燃气涡轮发动机燃气通道清洗剂通用要求[S].