共軌噴油器閥套涂層開發加速試驗研究

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，是柴油機節能減排的關鍵技術之一[1]。同時高壓共軌噴油器的質量也是關注重點，適應市場需求提升共軌噴油器的質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境相關。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。涂層開發和驗證勢在必行，涂層的廠家、種類比較繁多，怎么能快速驗證適合本公司產品涂層是本文研究重點。

關鍵詞：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象產生。共軌噴油器對顆粒和水較明感。中國的柴油現狀，據調查每100毫升中有30～300萬個5～15μs雜質，而且柴油中水含量大，非道路存在用戶存儲現象。減少油中顆粒數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量，但是涂層廠家和種類繁多，傳統驗證（2000H全速全負荷冷拖和2000H發動機）時間較長、費用較高。在滿足質量前提下，縮短開發周期，降低開發成本，節省試驗資源是設計者需要考慮的問題。基于上述要求，設計加速試驗，篩選出適合本公司產品的涂層。

1? 閥套涂層加速試驗

1.1 閥套密封面工作狀態分析

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，在干狀態下進行往復運動。試驗采用4次噴射加電模式，ECU中設計轉速4000RPM，考核次數，2.2億次（約230H）。每20小時檢測閥套涂層情況。

1.2.1.2 試驗設備

24V穩壓直流電源、 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、銜鐵升程按照產品設計上限進行調整。

1.2.1.4 試驗過程

噴油器不接高壓油管，在干狀態下進行運動。試驗采用每循環4次噴射，ECU中發動機轉速4000rpm。

1.2.1.5 試驗結果分析

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、脫落現象。根據試驗結果，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（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 試驗設備及條件

設備：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

不同種類和結構的閥套裝到噴油器中，電磁閥彈簧力和銜鐵升程按照設計上限調整。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。試驗過程參數控制：噴油泵轉速：1200rpm，軌壓1800bar，加電時間1000us，3次噴射。試驗臺濾清器精濾（5um）關閉，只留粗濾（15um）。

注意事項：每1個小時查看回油流量計的數值、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 試驗結果及結論

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。加速試驗節省試驗資源，縮短開發周期，可以加大樣本量，使驗證更充分。

1.2.3 針對油中顆粒（雜質）和含水進行的試驗設計，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。標桿噴油器選用經過市場驗證成熟C1方案。

1.2.3.2 試驗設備及條件

設備同1.2.2。

條件：

①試驗用油GB252中規定的普通柴油[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

不同種類和結構的閥套裝配到噴油器中，電磁閥彈簧力和銜鐵升程按照設計上限調整。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 試驗結果及結論

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，試驗樣本數更多，驗證更充分。樣本數量足夠多，可以用minitab進行數據分析，試驗結果更科學，趨勢更明顯。圖3 為mintab數據分析。

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]和發動機可靠性的驗證。需用經過大量的市場驗證才能完成。

3? 結束語

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，符合設計要求。表示加速方法有效，縮短開發時間至少1年、節約開發成本幾十萬和試驗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].中國科技期刊數據庫.

[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、故障分類及判定規則[S].