车用燃气喷嘴高频动芯工艺改善策略分析

陈春雨 秦胜林

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

车用燃气喷嘴高频动芯工艺改善策略分析

陈春雨 秦胜林

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

动芯是燃气喷嘴重要的核心零部件，在实际工作中处于高频运动，如何提高动芯的耐磨、耐温性能是提高燃气喷嘴使用寿命的关键技术难点。本文主要针对几种动芯工艺改善策略进行分析，提出动芯工艺合理经济的改善思路。

特氟龙；类金刚石；动芯

车用燃气喷嘴通过PWM信号控制的阀门的开关（如图1所示），由动芯上下高频运动来控制阀的开闭。当信号处于高电平时，电流使燃气喷嘴内的线圈产生磁场来把动芯吸起，让阀门开启，好使燃气能自喷嘴出气接头喷出。当电信号消失时（低电平），电磁力也随之消失。此时，复位弹簧推动动芯，关闭喷嘴。动芯就是在这样一种状态下，往复高频运动。由于动芯在运动的过程中会和喷嘴外壳体产生干摩擦，如果动芯表面不作耐磨处理或结构调整，那么喷嘴的整个使用周期就会大打折扣。

1.喷嘴动芯常用表面处理工艺

目前国内外喷嘴动心表面处理一般采用特氟龙表面处理。

1.1特氟龙的性能优点

特氟龙涂层常用在金属材质上，也可以应用在非金属材质上。特氟龙涂层具有以下性能：

（1）不黏性：涂层表面张力低，具有非常强的不黏性。

（2）摩擦系数低：其摩擦系数大概在0.05～0.2。

（3）不湿性：涂层有非常强的疏水疏油性，容易清洗。

（4）高表面电阻：经过特殊工业处理后，可具有一定的导电性，也可作为抗静电涂料。

（5）具有良好的耐火及耐高温性能，特氟龙具有极高的自燃点、熔点，以及极低的导热性，工作温度高达到290℃。

（6）耐化学性：特氟龙不受化学环境的影响。

（7）具有较好的低温稳定性。

（8）具有非常好的滑动性能。它跟大多数材质接触时都有很低的摩擦系数。经过特氟龙处理过的表面能达到干润滑的效果。因而常用在对摩擦系数要求高的零件上，降低摩擦系数，增加耐磨性，也可起到自润滑作用。

1.2特氟龙表面处理的存在的问题

特氟龙涂层虽然有不少优点，但通过产品使用和测试后反应出以下缺点：

在使用压缩天然气介质时，使用特氟龙涂层处理的动芯能使用20万km以上不出故障，但在使用LNG介质时，基本上在使用2万km就出故障，故障件拆解后发现涂层已经磨损。通过分析发现，特氟龙涂层虽然有极低的摩擦系数，但涂层硬度低，涂层易磨损掉，磨到一定的程度涂层就会消失。

此外，特氟龙涂层在有防腐和耐磨要求时，要求越高，其涂层就要越厚，其涂层厚度越厚，涂层厚度公差就越大，表面处理厚零件的尺寸公差就大。因此特氟龙表面处理只有靠增加涂层的厚度来增加耐磨寿命，无法从根本上解决问题。

2.工艺改善措施分析

为从根本上解决动芯表面耐磨问题，我们采用了一种既具有特氟龙的优点又具有耐磨性好、涂层厚度控制好的新工艺——类金刚石表面处理。

2.1类金刚石涂层

类金刚石（DLC）涂层的主要成份是碳，是一种具有硬度高与摩擦系数低的非晶体硬质薄膜，由石墨（SP2）与金刚石（SP3）组成。因摩擦性能优，得到广泛的工业应用。尤其在无润滑剂的情况下，其摩擦系数也极低。类金刚石涂层不但摩擦系数小，而且不黏性好，表面硬度高、耐磨性好。目前类金刚石涂成的方法很多，不同的方法达到基体表面的离子能量不同，膜的结构、摩擦性能也不同。

2.2动芯类金刚石表面处理的优点

类金刚石涂层具有摩擦系数极低、硬度高、耐磨性好、尺寸控制精度高等优点。能够从根本上解决特氟龙涂层寿命短的问题。

3.特氟龙涂层和类金刚石涂层测试对比

为验证特氟龙涂层和类金刚石涂层的优缺点，我们制作了两种样件各10件进行了涂层厚度、耐磨性测试对比。

3.1涂层厚度对比测试

按图2外圆尺寸要求加工20件样件，并按1～20号进行编号进行尺寸记录，编号后将1～10号做特氟龙表面处理、11～20号做类金刚石表面处理，尺寸完后再按编号记录外径尺寸计算出每件的涂层厚度。特氟龙涂层厚度要求40μm～50μm，类金刚石厚度要求2μm～3μm。

实测计算后特氟龙涂层的厚度最大的有60μm，超差的10个有3个；类金刚石涂层的厚度最大3μm，最小2μm其涂层厚度较均匀。

特氟龙涂层除涂层厚度不好控制外，外观颜色等也不均匀，没有类金刚石表面光亮均匀。

3.2涂层耐磨测试对比

我们将做好涂层的两种动芯各选取了4件满足尺寸要求的装配成两组喷嘴总成进行喷嘴可靠性测试，测试前记录了喷嘴的开启时间和脉宽流量，并通过开启时间和脉宽流量来判断动芯是否出问题。

测试方法：将喷嘴通入0.4MPa的压缩空气，用信号发生器让喷嘴按50Hz的频率做往复运动。

测试结果：特氟龙涂层完成10天5000万次往复运动后涂层就已经可以看到明显的磨损，能够看到金属表面。

类金刚石涂层完成40天2亿次往复运动后，涂层表面无明显磨痕。

结论

通过对通过对两种表面处理的理论分析和样件制作测试验证，类金刚石表面处理优于特氟龙表面处理，能改有效地改善喷嘴动芯的表面耐磨性能。

［1］蔡长龙.类金刚石薄膜硬度的研究［J］.表面技术，2002（3）：9-11.

［2］机械设计手册编委会.机械设计手册，新版第二册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

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