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        共軌噴油器閥套涂層開發(fā)加速試驗研究

        2021-05-28 13:53:39陳曉輝沈彬
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年8期

        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(jī)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)標(biāo)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(yīng)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(fù)荷冷拖和2000H發(fā)動機(jī))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。基于上述要求,設(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(jìn)行往復(fù)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(dǎo)線若干。

        1.2.1.3 試驗樣件

        準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行運動。試驗采用每循環(huán)4次噴射,ECU中發(fā)動機(jī)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(jìn)行的試驗,油品中只添加顆粒,進(jìn)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(jìn)行全速全負(fù)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(jìn)行顆粒添加。具體見表1。進(jìn)行對比試驗,一次可以考核6支噴油器,標(biāo)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(jìn)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(fù)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(jìn)行的試驗設(shè)計,油中添加顆粒和水,進(jìn)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(jìn)行對比試驗。其它條件同顆粒加速磨損。標(biāo)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(jìn)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(fù)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析,試驗結(jié)果更科學(xué),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(jī)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(jìn)行2000H全速全負(fù)荷冷托和2000H發(fā)動機(jī)驗證耐久試驗,閥套未沖蝕,市場投放小批,進(jìn)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(xiàn):

        [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].

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