共軌噴油器閥套涂層開發(fā)加速試驗研究

陳曉輝 沈彬

摘要：高壓共軌噴油器作為一種高度柔性控制的燃油噴射器，是柴油機節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。同時高壓共軌噴油器的質(zhì)量也是關(guān)注重點，適應市場需求提升共軌噴油器的質(zhì)量是零部件加工廠家一直努力工作方向。共軌噴油器主要失效模式是閥套沖蝕，閥套沖蝕與使用油品和工作環(huán)境相關(guān)。為適應市場需求，提高閥套使用時間，增加涂層目前是所有公司都在使用的技術(shù)。涂層開發(fā)和驗證勢在必行，涂層的廠家、種類比較繁多，怎么能快速驗證適合本公司產(chǎn)品涂層是本文研究重點。

關(guān)鍵詞：共軌噴油器;閥套涂層;涂層加速驗證

中圖分類號：U213.4+22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0009-03

0? 引言

目前，共軌噴油器在市場上失效模式，閥套沖蝕占第一位。失效原因是因為顆粒磨損和氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。共軌噴油器對顆粒和水較明感。中國的柴油現(xiàn)狀，據(jù)調(diào)查每100毫升中有30～300萬個5～15μs雜質(zhì)，而且柴油中水含量大，非道路存在用戶存儲現(xiàn)象。減少油中顆粒數(shù)量或者提高密封面的耐磨損能力，都可以改善密封面沖蝕。為適應市場需求，閥套需要增加涂層來提升質(zhì)量，但是涂層廠家和種類繁多，傳統(tǒng)驗證（2000H全速全負荷冷拖和2000H發(fā)動機）時間較長、費用較高。在滿足質(zhì)量前提下，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，節(jié)省試驗資源是設(shè)計者需要考慮的問題?；谏鲜鲆螅O(shè)計加速試驗，篩選出適合本公司產(chǎn)品的涂層。

1? 閥套涂層加速試驗

1.1 閥套密封面工作狀態(tài)分析

電磁閥組件通電后，陶瓷球抬起，攜帶顆粒的高壓燃油由控制閥套中孔經(jīng)過密封面與陶瓷球間的縫隙，流向回油油道。密封面承受帶顆粒的高壓油磨損和氣蝕。電磁閥組件斷電后，密封面承受彈簧力撞擊。（圖1、圖2）

1.2 閥套涂層的試驗

1.2.1 針對電磁閥彈簧力撞擊，采用干敲法

1.2.1.1 試驗方法

噴油器不接高壓油管，在干狀態(tài)下進行往復運動。試驗采用4次噴射加電模式，ECU中設(shè)計轉(zhuǎn)速4000RPM，考核次數(shù)，2.2億次（約230H）。每20小時檢測閥套涂層情況。

1.2.1.2 試驗設(shè)備

24V穩(wěn)壓直流電源、 ECU、自制曲軸仿真信號儀器、導線若干。

1.2.1.3 試驗樣件

準備不同涂層廠家和種類閥套的噴油器總成，其中電磁閥彈簧力、銜鐵升程按照產(chǎn)品設(shè)計上限進行調(diào)整。

1.2.1.4 試驗過程

噴油器不接高壓油管，在干狀態(tài)下進行運動。試驗采用每循環(huán)4次噴射，ECU中發(fā)動機轉(zhuǎn)速4000rpm。

1.2.1.5 試驗結(jié)果分析

通過試驗驗證，電磁鐵彈簧力2.2億次撞擊，DLC 、CrN、TIN涂層沒有碎裂落、脫落現(xiàn)象。根據(jù)試驗結(jié)果，說明電磁閥彈簧力的沖擊不是閥套損壞的主要原因。

1.2.2 針對油中雜質(zhì)（顆粒）進行的試驗，油品中只添加顆粒，進行對比顆粒加速試驗法

1.2.2.1 試驗方法

可靠性試驗臺進行全速全負荷冷托試驗。在油箱中添加5um和10um磨料各50%。按照ISO 4406[2] 23級進行顆粒添加。具體見表1。進行對比試驗，一次可以考核6支噴油器，標桿噴油器放1支，不加涂層的噴油器放1支，不同廠家、不同種類的涂層各放2支。

1.2.2.2 試驗設(shè)備及條件

設(shè)備：可靠性試驗臺18.5kW、ECU 、回油流量計、高壓油管（2000bar）、共軌泵、噴油器裝配工裝、EFS 測試臺。

條件：①試驗用油為JB-1校泵油或GB252中規(guī)定的0號輕柴油（摻顆粒）;②柴油進油端裝濾清器，濾清（15um粗濾），過濾效率：>98.6@μm，流量： 400 l/h。

1.2.2.3 試驗樣件

不同種類和結(jié)構(gòu)的閥套裝到噴油器中，電磁閥彈簧力和銜鐵升程按照設(shè)計上限調(diào)整。EFS測試噴油器FL總成流量和回油量。表2 是涂層閥套的方案。

1.2.2.4 試驗過程和注意事項

噴油器總成在EFS 試驗臺測試，記錄FL點噴油量和回油量。合格后裝到可靠性試驗臺，回油管接流量計。試驗過程參數(shù)控制：噴油泵轉(zhuǎn)速：1200rpm，軌壓1800bar，加電時間1000us，3次噴射。試驗臺濾清器精濾（5um）關(guān)閉，只留粗濾（15um）。

注意事項：每1個小時查看回油流量計的數(shù)值、軌壓、噴油等是否正常，回油量大于初始2倍時，停止試驗。EFS試驗臺復測FL點的油量和回油量，確定是閥套原因造成的回油量增大后，拆檢電磁閥組件，用影像顯微鏡查看閥套密封面的損壞。

1.2.2.5 試驗結(jié)果及結(jié)論

通過顆粒加速對比試驗，可以快速篩選出適合涂層，加速試驗時間是原冷托試驗二十分之一，具體見表3。加速試驗節(jié)省試驗資源，縮短開發(fā)周期，可以加大樣本量，使驗證更充分。

1.2.3 針對油中顆粒（雜質(zhì)）和含水進行的試驗設(shè)計，油中添加顆粒和水，進行對比加速試驗法。

1.2.3.1 試驗方法

由于顆粒磨損實驗周期還是稍微長，而且沒有氣蝕作用，與實際失效有差異，采用在顆粒試驗基礎(chǔ)上加水20%來進行對比試驗。其它條件同顆粒加速磨損。標桿噴油器選用經(jīng)過市場驗證成熟C1方案。

1.2.3.2 試驗設(shè)備及條件

設(shè)備同1.2.2。

條件：

①試驗用油GB252中規(guī)定的普通柴油[3]（摻顆粒）+20%水;②共軌高壓泵燃油進口端加裝油水分離器，以去除燃油中水分子成分，提高燃油的清潔度;③其余同1.2.2。

1.2.3.3 試驗樣件

不同種類和結(jié)構(gòu)的閥套裝配到噴油器中，電磁閥彈簧力和銜鐵升程按照設(shè)計上限調(diào)整。用EFS試驗測試FL點噴油器總成流量和回油量。表4是涂層閥套的方案。

1.2.3.4 試驗過程和注意事項

試驗過程同1.2.2.4。

注意事項：每30min查看回油流量計的數(shù)值、軌壓、噴油等是否正常，回油量大于初始2倍時，停止試驗，EFS試驗臺復測FL點的油量和回油量，確定是閥套原因造成的回油量增大后，拆檢電磁閥組件，用影像顯微鏡查看閥套密封面的損壞。

1.2.3.5 試驗結(jié)果及結(jié)論

通過含塵、含水加速對比試驗，可以更加快速篩選出適合涂層，加速試驗時間是原冷托試驗五十分之一，試驗樣本數(shù)更多，驗證更充分。樣本數(shù)量足夠多，可以用minitab進行數(shù)據(jù)分析，試驗結(jié)果更科學，趨勢更明顯。圖3 為mintab數(shù)據(jù)分析。

2? 涂層驗證

加速試驗是初期篩選試驗，篩選后的涂層樣件必須通過冷托可靠性[4]和發(fā)動機可靠性的驗證。需用經(jīng)過大量的市場驗證才能完成。

3? 結(jié)束語

通過加速試驗，初步選擇C1方案進行2000H全速全負荷冷托和2000H發(fā)動機驗證耐久試驗，閥套未沖蝕，市場投放小批，進行驗證無故障反饋，符合設(shè)計要求。表示加速方法有效，縮短開發(fā)時間至少1年、節(jié)約開發(fā)成本幾十萬和試驗1臺/年資源。

參考文獻：

[1]葛克云.多孔噴油嘴噴孔加工工藝及其分析[J].中國科技期刊數(shù)據(jù)庫.

[2]INTERNATIONAL STANDARD ISO4406 Hydraulic fluid power-Fluids-Method for coding the level of contanmination by solid particles.

[3]GBT 252-2011，普通柴油[S].

[4]JB/T11416，噴油器總成可靠性考核評定方法、試驗方法、故障分類及判定規(guī)則[S].