噴油器制造過程的異物控制研究

蔣燕榮

摘要：文章講述異物的界定和對噴油器性能的影響，異物檢驗的分析方法，異物的來源分類，控制措施及要求。

Abstract： This paper describes the definition of foreign body and its influence on injector performance， the analysis method of foreign body inspection， the source classification of foreign body， control measures and requirements.

關鍵詞：產品質量影響;異物分析;異物控制

Key words： product quality impact;foreign body analysis;foreign body control

0? 引言

產品質量是企業的生命，過硬的產品質量不僅可以讓企業贏得市場，獲得更好的效益，還可以實現企業的可持續發展。企業要良性發展，必然要重視產品質量。產品制造過程中的異物是影響產品質量的重要原因，必須對異物控制做出相關規定，分析其來源，更好的提高產品質量和提高顧客滿意度。

1? 噴油器異物的界定

所有制造過程中引起噴油器產品孔堵、流量變小或密封時關閉不嚴造成噴油器小孔漏的金屬顆粒、非金屬顆粒、金屬毛刺、非金屬纖維、硅膠粒、皮屑、塑料、膠質體等物質均稱之為異物。

2? 異物對產品質量的影響

2.1 異物對產品性能的影響

異物導致的噴油器故障主要表現為噴油器常開或常閉。由于噴油器需要保證單位時間內的精確流量在規定范圍的間隙內，而噴油器是電控燃油噴射系統的主要執行元件之一，其功能用是根據ECU的指令，控制燃油噴射量。電控燃油噴射系統目前一般主導的是電磁式噴油系統，其結構如圖1所示，噴油器里面其中一個部件是電磁線圈，引出到外面的是一個插座，由線圈與ECU連接后。則噴油器前面的鋼球閥和銜鐵連為一體。給電磁線圈進行通電，產生相應的磁力，再將鋼球閥和銜鐵吸起而進行工作，噴油流量孔被打開，燃油就從針閥前面部分的軸針（鋼球）與噴孔之間的環形間隙高速噴出，發動機管理系統通過ECU改變電脈沖的寬度來控制噴油器每次設定的噴油工作時間，從而控制整個噴油器的噴油量。一般噴油器每次的工作噴油時間在2～10ms之間，相應的噴油時間越長流量就越多。給電磁線圈斷電后，磁力線就會隨著消失，噴油器內部回位彈簧就會隨銜鐵和針閥相應的向下壓，而噴油流量孔則關閉，噴油器便停止噴油。

2.2 異物對產品效果的影響

若在噴油器開啟時，有異物卡在閥球和閥座之間的間隙中，導致斷電時閥球不能落座，通常這種情況稱為噴油器常開。噴油器的開度在設計和工藝上又是由銜鐵與連接桿之間的間隙保證的，該間隙通常稱為噴油器的升程，而如果有異物出現在該產品間隙中，噴油器通電工作時而銜鐵不能向上移，而導致噴油器球閥無法打開，這種情況則為噴油器常閉現象。噴油器常開的這種現象一般會使噴油器球閥泄漏而導致過量的噴油，而常閉故障會導致不噴油。

2.3 異物對產品整車的影響

異物堵孔造成流量變小，造成發動機工作抖動，影響發動機的使用壽命，整車動力性能差，同時乘客感覺不舒適。異物在內腔卡滯閥芯組件造成流量變大，造成發動機燃燒不完全，排放黑煙;整車動力性能差，經濟性能變差（油耗高）。噴油器的精密結構決定了其工藝較為復雜，其制造工藝一般分為零件加工、裝配與標定測試等幾個階段。涉及到的工藝繁多而復雜，所以噴油器生產工藝一般采用全自動或半自動生產，而且為保證生產過程中不受異物污染，其生產線幾乎都建在潔凈廠房中;而且為了對每個噴油器的特性進行精確調整與跟蹤，較為先進的噴油器生產線通常具有精確追溯系統，對每個噴油器的性能與部分工藝參數進行追溯。

異物造成噴油器密封性不良，造成噴油器漏油。對整車而言，噴油器漏油輕微時造成燃燒不完全，冒黑煙加速三元催化劑的使用壽命;嚴重時導致發動機腔燃燒，從而導致整車燃燒，危害顧客的生命安全。

3? 異物檢驗的分析方法

3.1 顆粒度測量

對生產制造中的空氣、零件、油品按相關技術規范進行清潔度檢測，操作者取樣要求從生產過程中隨機抽取清洗后的零部件，取樣數量按零件清潔度標準規定的數量取樣送檢清潔度。抽取的零部件使用潔凈的自封袋進行包裝，確保采樣過程和送檢過程中不能遭受外來異物污染零件，取樣的零部件放置待檢區后，保證自封袋密封，且零部件報檢袋整齊擺放，用濾膜對其零件和油品進行過濾到濾紙上，在清潔度實驗室中用常用顯微鏡、晶相顯微鏡、影像坐標測量儀，通過相應的放大倍率進行顆粒數測量與異物尺寸測量，統計和分析清潔度質量情況。如表1。

3.2 顆粒物成分分析

對制造過程發現的顆粒物進行分析，判斷顆粒物來源、并采取相應的措施進行控制和預防。根據發現的異物顆粒的不同種類，則選用不同的設備進行成分分析。對于金屬顆粒使用掃描電鏡+能譜儀（SEM+EDS），而對于非金屬顆粒（一般為有機物）使用紅外光譜儀（FTIR）進行分析。其中掃描電鏡采用電子束在試樣上作光柵狀掃描的成像原理，最高可以達到20000倍的放大位數與0.8的分辨倍率，可以有效放大顆粒物的形態。能譜儀（SEM）和掃描電鏡（EDS）組合是最廣泛使用的顯微分析儀器。對樣本的能譜進行分析，從而得到樣本各元素的含量比例，有效判斷顆粒物的來源。如表2。

3.3 異物數據庫的建立

異物數據庫的建立主要從制造過程中已經出現和分析過的異物進行統計管理和建立數據庫。通過對其進行抽樣評估外，還能對制造能力和工藝進行監控，建立相關的數據庫也是對產品異物進行控制分析，和對清潔度管理進行持續改進的重要前提和必要工具。

4? 異物的來源和管控

①原料中的異物和管控： 原料本身含有的雜物在清洗不干凈等造成的外來異物的混入，零件必須經清洗并檢驗清潔度合格后方可用于產品裝配。

②生產器具產生的異物和管控：加工用設備、工裝及器具破損或脫落造成異物的混入，所以嚴禁使用破損的器具，對其有進行焊接的地方，使用前必須先去除表面的焊渣，避免異物掉入產品中。

③人員帶入的異物和管控：人員管理不善造成嚴重的異物混入，如：皮屑、毛發、纖維等的混入，必須嚴格執行進出入防塵車間要求和個人著裝、衛生。

④環境中出現的異物和管控：空氣粉塵、墻壁水泥塊脫落、包裝材料等帶有的異物混入。為保證噴油器在封閉和清潔的環境中生產和裝配，則要建立標準的單獨的潔凈廠房。而噴油器的標準廠房按照GB50073-2001或ISO14644-1標準建設，室內的空氣潔凈度則應達到8級（即粒徑大于5μm的顆粒最大濃度極限為29300pcs/m3），裝配車間為潔凈正壓車間，潔凈車間區域與非潔凈區之間的靜壓差為3～6Pa。廠房將人員通道、原材料通道與成品出口完全分開，避免操作人員和零件間的交叉污染。在人員進入的區域應備有更衣室和風淋房，保證外界異物不跟隨人員被帶入清潔廠房。

⑤過程中出現的異物和管控：生產過程操作不當造成異物產生，零件加工、制造、運輸、存儲、領用等過程注意輕拿輕放，零件加工、制造、運輸、存儲、領用等過程禁止拋擲、傾倒等不良動作，避免零部件間因外力造成磕碰導致金屬異物產生。生產過程（特別是零件清洗后）需注意異物防護，避免潔凈零件再次遭受異物污染。

5? 異物控制的目的

為避免雜質顆?？娪推鞲鞑考\動，導致堵塞油路、破壞密封等情況的出現，造成產品性能下降或喪失功能而引發質量問題。

6? 異物控制的措施和方法

對于一般的發動機或變速箱零件，對其清潔度的檢測通常檢測在其表面沾染的外來異物的總量為準，如通用汽車的GMN6752等標準。但是對于噴油器這一類對清潔度有很高要求的精密零件來說，更應該控制的是其表面可能沾染的異物顆粒尺寸，以防止超過最大允許尺寸的外來異物顆粒進入腔內而出現噴油卡滯風險。而98%以上的噴油器卡滯問題是由于顆粒大于200μm的微粒造成，根據噴油器清潔度或異物污染造成的失效統計，異物的來源主要分為3類：來料混入、裝配過程、環境交叉污染，不良油品帶入所以在噴油器生產過程中，不僅需要對噴油器的零部件進行清潔度檢測，也需要對噴油器的制程進行管控，防止在噴油器裝配過程或外來異物帶入噴油器腔內。

6.1 零件清洗控制

噴油器的零部件清洗采用噴淋與超聲波清洗技術結合的組合清洗方式，確保更好的清洗效果。零件本身的清潔度檢測一般先將待測零件在蒸餾水中充分沖洗后，將蒸餾水經經濾膜過濾，再將濾膜烘干后，置于自動掃描顯微鏡下進行掃描，顯微鏡將自動測量留于濾膜上的顆粒尺寸。通過檢測結果分析和改進清潔度要求。

6.2 工裝硬度改善

噴油器的各大零部件一般采用奧氏體不銹鋼材料，經過拉伸等工藝加工后，其表面硬度在HV350左右。而噴油器制造過程中使用的大部分工裝材料一般為低碳鋼，（例如20號碳素結構鋼），若不其進行硬化處理，硬度只有HRC20左右。在生產過程中，工裝與零件的頻繁接觸使得工裝容易被零件磨損，產生微小顆?；蛩樾几街诹慵稀Ｓ绕涫菍娪推鬟M行夾持、壓裝或者調整工序的工裝磨損程度均高于其他位置，而且由于這些工裝距離噴油器零件管口很近，若被磨損產生顆粒，極易導致顆粒掉入噴油器內腔。由于壓裝噴油器連接桿的工裝磨損后，異物掉入噴油器導致卡滯。所以需要對噴油器裝配的工裝進行表面石硬化處理，使其表面硬度比噴油器零件的表面硬度高。

6.3 工藝調整改進

噴油器內部為管狀結構，其裝配工藝廣范采用壓裝和焊接工藝，對零件的同軸度要求高。在壓裝工位的上下工裝壓裝時，必須調整和保證兩零件的同軸度，如果同軸度不在范圍內，則被壓裝的兩個零件會出現異常的刮擦，而出現產品以外的異物顆粒。為防止工裝產生的異物，需要定期對設備工裝進行校驗和調整，或定制標準樣件等，用著色法檢驗兩工裝間的對中情況。

6.4 附加強制除塵

在生產的重點加工位，增加相應的符合要求的除塵裝置，進行強制除塵和改善。除塵方法一般有直接清潔法，即采用真空除塵對零部件表面進行施加負壓，進行直接清潔，將表面的微小顆粒與異物去除并統一收集。給某些特定的零件或過程進行除塵，可以在工位旁增加離線的主動除塵裝置，或設置在進料機構（如振動上料軌道）壓裝工位上或下料軌道旁。設置的除塵裝置要與中央壓力控制設備連接，來控制負壓，一般除塵裝置有手動、半自動、自動設備。

6.5 沖洗與測試

噴油器的沖洗與測試可及早發現由外來顆粒與清潔度不良引起的噴油器故障，避免其在客戶處失效而產生抱怨。對噴油器內腔使用物理特性與燃油相似的液體進行沖洗，持續一段時間后，再對其進行泄漏測試。由于在沖洗時噴油器閥針開啟，噴油器內腔的異物將被液流沖至閥座處，尺寸較小的異物將通過噴油器閥孔被沖出噴油器，但尺寸過大的異物將將卡在閥針與閥座之間的間隙中，在后續的泄漏測試中被發現。

6.6 “5S” 車間清潔度布局

為保證噴油器在封閉和清潔的環境中生產和裝配，為防止外來異物進入，廠房由中央壓力控制系統控制內部壓力，保持廠房內壓力大于外界壓力。而且廠房將人員通道、原材料通道與成品出口完全分開，避免操作人員和零件間的交叉污染。在人員進入的區域還備有更衣室和風淋房，保證外界異物不跟隨人員被帶入清潔廠房。

6.7 物流布局與物料轉移控制

合理布局噴油器生產制造過程中的物流過程，有助于管理和控制噴油器制造過程的潔凈度。

管理和控制的幾大點有：

①生產物料的流轉必須使用專用通道進入清潔廠房，加強出入口管理制度。

②物流布置的原則必須遵循單線流轉原則，避免流轉中出現交叉污染。

③物料清洗后用專用的包裝袋或容器存放好，下次使用前檢查該物料狀態。

④生產在制品單獨存放，并用特殊容器密封，與界隔離。

⑤定期對存放零件的料車、料架或料盒進行檢查和清洗，避免由于破損導致零件污染。

6.8 人員管理

進入潔凈廠房的人員必須嚴格遵守相應的規章制度，對人員的著裝、操作、行為方面加強管理，避免影響零件的清潔度的事件發生。

著裝要求：噴油器車間屬于潔凈廠房，需要按照潔凈廠房的著裝要求進行著裝。如需著防塵服，換室內專用工作鞋，戴頭套或工作帽，并完全包裹頭發，如需要應佩戴手套和口罩。

人員操作行為規范：要求潔凈廠房內的人員不得隨意串崗，落地零件應該立即報廢，無法避免觸碰零件的員工必須佩戴手套并定時更換。每個工位的作業指導書必須包含該工位操作時的清潔度特殊要求。

6.9 清潔度日常監控及持續改進

清潔度控制的持續監控對象有：產品自身的清潔度;周圍環境的清潔度。通過對其進行抽樣評估，還對噴油器制造能力和工藝進行穩定性的監控。

產品自身清潔度監控方法有：按相關頻次對不同的清洗設備、和不同的清洗零件均進行抽查，并對該清潔度的檢測結果進行統計分析;對生產過程中的零件進行監控和統計，更好的反映加工工藝的穩定性，及早發現影響產品的潛在缺陷。例如，原材料的清潔度測試結果穩定正常，但是在其后的壓裝工位的過程清潔測試發現異常。

周圍環境的清潔度監控對象和方法有：測試設備使用的專用測試液、超聲波內使用的清洗液、關鍵特殊性設備的周圍環境變化等。制定和建立重點清潔度監控工位列表，以及涉及到的重要工位，對這些重點工位的清潔度情況進行持續監控和改進。

7? 總結

噴油器制造過程的異物對噴油器的產品性能和穩定性有著最直接的影響，異物控制是一項至關重要的工作，需要嚴格控制原材料、車間環境、加工生產線等方面進行清潔度實時監控，同時也需要加強監督供方的防控工作，對異物的源頭進行預防和控制。通過先進的分析設備和科學的數據收集方法，對其進行持續監控，以提高產品的質量和顧客的認可。

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