車用燃氣噴嘴高頻動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）

車用燃氣噴嘴高頻動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）

動芯是燃氣噴嘴重要的核心零部件，在實際工作中處于高頻運動，如何提高動芯的耐磨、耐溫性能是提高燃氣噴嘴使用壽命的關鍵技術難點。本文主要針對幾種動芯工藝改善策略進行分析，提出動芯工藝合理經濟的改善思路。

特氟龍；類金剛石；動芯

車用燃氣噴嘴通過PWM信號控制的閥門的開關（如圖1所示），由動芯上下高頻運動來控制閥的開閉。當信號處于高電平時，電流使燃氣噴嘴內的線圈產生磁場來把動芯吸起，讓閥門開啟，好使燃氣能自噴嘴出氣接頭噴出。當電信號消失時（低電平），電磁力也隨之消失。此時，復位彈簧推動動芯，關閉噴嘴。動芯就是在這樣一種狀態下，往復高頻運動。由于動芯在運動的過程中會和噴嘴外殼體產生干摩擦，如果動芯表面不作耐磨處理或結構調整，那么噴嘴的整個使用周期就會大打折扣。

1.噴嘴動芯常用表面處理工藝

目前國內外噴嘴動心表面處理一般采用特氟龍表面處理。

1.1特氟龍的性能優點

特氟龍涂層常用在金屬材質上，也可以應用在非金屬材質上。特氟龍涂層具有以下性能：

（1）不黏性：涂層表面張力低，具有非常強的不黏性。

（2）摩擦系數低：其摩擦系數大概在0.05～0.2。

（3）不濕性：涂層有非常強的疏水疏油性，容易清洗。

（4）高表面電阻：經過特殊工業處理后，可具有一定的導電性，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、熔點，以及極低的導熱性，工作溫度高達到290℃。

（6）耐化學性：特氟龍不受化學環境的影響。

（7）具有較好的低溫穩定性。

（8）具有非常好的滑動性能。它跟大多數材質接觸時都有很低的摩擦系數。經過特氟龍處理過的表面能達到干潤滑的效果。因而常用在對摩擦系數要求高的零件上，降低摩擦系數，增加耐磨性，也可起到自潤滑作用。

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點，但通過產品使用和測試后反應出以下缺點：

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

此外，特氟龍涂層在有防腐和耐磨要求時，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

為從根本上解決動芯表面耐磨問題，我們采用了一種既具有特氟龍的優點又具有耐磨性好、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低的非晶體硬質薄膜，由石墨（SP2）與金剛石（SP3）組成。因摩擦性能優，得到廣泛的工業應用。尤其在無潤滑劑的情況下，其摩擦系數也極低。類金剛石涂層不但摩擦系數小，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，不同的方法達到基體表面的離子能量不同，膜的結構、摩擦性能也不同。

2.2動芯類金剛石表面處理的優點

類金剛石涂層具有摩擦系數極低、硬度高、耐磨性好、尺寸控制精度高等優點。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試對比

為驗證特氟龍涂層和類金剛石涂層的優缺點，我們制作了兩種樣件各10件進行了涂層厚度、耐磨性測試對比。

3.1涂層厚度對比測試

按圖2外圓尺寸要求加工20件樣件，并按1～20號進行編號進行尺寸記錄，編號后將1～10號做特氟龍表面處理、11～20號做類金剛石表面處理，尺寸完后再按編號記錄外徑尺寸計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。

實測計算后特氟龍涂層的厚度最大的有60μm，超差的10個有3個；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涂層耐磨測試對比

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

測試方法：將噴嘴通入0.4MPa的壓縮空氣，用信號發生器讓噴嘴按50Hz的頻率做往復運動。

測試結果：特氟龍涂層完成10天5000萬次往復運動后涂層就已經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2億次往復運動后，涂層表面無明顯磨痕。

結論

通過對通過對兩種表面處理的理論分析和樣件制作測試驗證，類金剛石表面處理優于特氟龍表面處理，能改有效地改善噴嘴動芯的表面耐磨性能。

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

［2］機械設計手冊編委會.機械設計手冊，新版第二冊［M］.北京：機械工業出版社，2004.

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