車用燃?xì)鈬娮旄哳l動(dòng)芯工藝改善策略分析

陳春雨 秦勝林

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

車用燃?xì)鈬娮旄哳l動(dòng)芯工藝改善策略分析

陳春雨 秦勝林

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

動(dòng)芯是燃?xì)鈬娮熘匾暮诵牧悴考趯?shí)際工作中處于高頻運(yùn)動(dòng)，如何提高動(dòng)芯的耐磨、耐溫性能是提高燃?xì)鈬娮焓褂脡勖年P(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。本文主要針對(duì)幾種動(dòng)芯工藝改善策略進(jìn)行分析，提出動(dòng)芯工藝合理經(jīng)濟(jì)的改善思路。

特氟龍；類金剛石；動(dòng)芯

車用燃?xì)鈬娮焱ㄟ^PWM信號(hào)控制的閥門的開關(guān)（如圖1所示），由動(dòng)芯上下高頻運(yùn)動(dòng)來控制閥的開閉。當(dāng)信號(hào)處于高電平時(shí)，電流使燃?xì)鈬娮靸?nèi)的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來把動(dòng)芯吸起，讓閥門開啟，好使燃?xì)饽茏試娮斐鰵饨宇^噴出。當(dāng)電信號(hào)消失時(shí)（低電平），電磁力也隨之消失。此時(shí)，復(fù)位彈簧推動(dòng)動(dòng)芯，關(guān)閉噴嘴。動(dòng)芯就是在這樣一種狀態(tài)下，往復(fù)高頻運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)芯在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)和噴嘴外殼體產(chǎn)生干摩擦，如果動(dòng)芯表面不作耐磨處理或結(jié)構(gòu)調(diào)整，那么噴嘴的整個(gè)使用周期就會(huì)大打折扣。

1.噴嘴動(dòng)芯常用表面處理工藝

目前國內(nèi)外噴嘴動(dòng)心表面處理一般采用特氟龍表面處理。

1.1特氟龍的性能優(yōu)點(diǎn)

特氟龍涂層常用在金屬材質(zhì)上，也可以應(yīng)用在非金屬材質(zhì)上。特氟龍涂層具有以下性能：

（1）不黏性：涂層表面張力低，具有非常強(qiáng)的不黏性。

（2）摩擦系數(shù)低：其摩擦系數(shù)大概在0.05～0.2。

（3）不濕性：涂層有非常強(qiáng)的疏水疏油性，容易清洗。

（4）高表面電阻：經(jīng)過特殊工業(yè)處理后，可具有一定的導(dǎo)電性，也可作為抗靜電涂料。

（5）具有良好的耐火及耐高溫性能，特氟龍具有極高的自燃點(diǎn)、熔點(diǎn)，以及極低的導(dǎo)熱性，工作溫度高達(dá)到290℃。

（6）耐化學(xué)性：特氟龍不受化學(xué)環(huán)境的影響。

（7）具有較好的低溫穩(wěn)定性。

（8）具有非常好的滑動(dòng)性能。它跟大多數(shù)材質(zhì)接觸時(shí)都有很低的摩擦系數(shù)。經(jīng)過特氟龍?zhí)幚磉^的表面能達(dá)到干潤(rùn)滑的效果。因而常用在對(duì)摩擦系數(shù)要求高的零件上，降低摩擦系數(shù)，增加耐磨性，也可起到自潤(rùn)滑作用。

1.2特氟龍表面處理的存在的問題

特氟龍涂層雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但通過產(chǎn)品使用和測(cè)試后反應(yīng)出以下缺點(diǎn)：

在使用壓縮天然氣介質(zhì)時(shí)，使用特氟龍涂層處理的動(dòng)芯能使用20萬km以上不出故障，但在使用LNG介質(zhì)時(shí)，基本上在使用2萬km就出故障，故障件拆解后發(fā)現(xiàn)涂層已經(jīng)磨損。通過分析發(fā)現(xiàn)，特氟龍涂層雖然有極低的摩擦系數(shù)，但涂層硬度低，涂層易磨損掉，磨到一定的程度涂層就會(huì)消失。

此外，特氟龍涂層在有防腐和耐磨要求時(shí)，要求越高，其涂層就要越厚，其涂層厚度越厚，涂層厚度公差就越大，表面處理厚零件的尺寸公差就大。因此特氟龍表面處理只有靠增加涂層的厚度來增加耐磨壽命，無法從根本上解決問題。

2.工藝改善措施分析

為從根本上解決動(dòng)芯表面耐磨問題，我們采用了一種既具有特氟龍的優(yōu)點(diǎn)又具有耐磨性好、涂層厚度控制好的新工藝——類金剛石表面處理。

2.1類金剛石涂層

類金剛石（DLC）涂層的主要成份是碳，是一種具有硬度高與摩擦系數(shù)低的非晶體硬質(zhì)薄膜，由石墨（SP2）與金剛石（SP3）組成。因摩擦性能優(yōu)，得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。尤其在無潤(rùn)滑劑的情況下，其摩擦系數(shù)也極低。類金剛石涂層不但摩擦系數(shù)小，而且不黏性好，表面硬度高、耐磨性好。目前類金剛石涂成的方法很多，不同的方法達(dá)到基體表面的離子能量不同，膜的結(jié)構(gòu)、摩擦性能也不同。

2.2動(dòng)芯類金剛石表面處理的優(yōu)點(diǎn)

類金剛石涂層具有摩擦系數(shù)極低、硬度高、耐磨性好、尺寸控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。能夠從根本上解決特氟龍涂層壽命短的問題。

3.特氟龍涂層和類金剛石涂層測(cè)試對(duì)比

為驗(yàn)證特氟龍涂層和類金剛石涂層的優(yōu)缺點(diǎn)，我們制作了兩種樣件各10件進(jìn)行了涂層厚度、耐磨性測(cè)試對(duì)比。

3.1涂層厚度對(duì)比測(cè)試

按圖2外圓尺寸要求加工20件樣件，并按1～20號(hào)進(jìn)行編號(hào)進(jìn)行尺寸記錄，編號(hào)后將1～10號(hào)做特氟龍表面處理、11～20號(hào)做類金剛石表面處理，尺寸完后再按編號(hào)記錄外徑尺寸計(jì)算出每件的涂層厚度。特氟龍涂層厚度要求40μm～50μm，類金剛石厚度要求2μm～3μm。

實(shí)測(cè)計(jì)算后特氟龍涂層的厚度最大的有60μm，超差的10個(gè)有3個(gè)；類金剛石涂層的厚度最大3μm，最小2μm其涂層厚度較均勻。

特氟龍涂層除涂層厚度不好控制外，外觀顏色等也不均勻，沒有類金剛石表面光亮均勻。

3.2涂層耐磨測(cè)試對(duì)比

我們將做好涂層的兩種動(dòng)芯各選取了4件滿足尺寸要求的裝配成兩組噴嘴總成進(jìn)行噴嘴可靠性測(cè)試，測(cè)試前記錄了噴嘴的開啟時(shí)間和脈寬流量，并通過開啟時(shí)間和脈寬流量來判斷動(dòng)芯是否出問題。

測(cè)試方法：將噴嘴通入0.4MPa的壓縮空氣，用信號(hào)發(fā)生器讓噴嘴按50Hz的頻率做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

測(cè)試結(jié)果：特氟龍涂層完成10天5000萬次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后涂層就已經(jīng)可以看到明顯的磨損，能夠看到金屬表面。

類金剛石涂層完成40天2億次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后，涂層表面無明顯磨痕。

結(jié)論

通過對(duì)通過對(duì)兩種表面處理的理論分析和樣件制作測(cè)試驗(yàn)證，類金剛石表面處理優(yōu)于特氟龍表面處理，能改有效地改善噴嘴動(dòng)芯的表面耐磨性能。

［1］蔡長(zhǎng)龍.類金剛石薄膜硬度的研究［J］.表面技術(shù)，2002（3）：9-11.

［2］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，新版第二冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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