喷油器清洁度控制标准与检测方法
清洁度导致的喷油器故障主要表现为喷油器常开或常闭。由于喷油器需要保证单位时间内的精确小流量,在电磁阀设计时通常只允许一个极小的开度,即在电磁阀开启时阀球表面和阀座之间的间隙只有40—50 μm。若在喷油器开启时,有异物卡在阀球和阀座之间的间隙中,导致断电时阀球不能落座,通常这种情况称为喷油器常开。喷油器的开度在设计和工艺上又是由衔铁与接杆之间的间隙保证的,该间隙通常称为喷油器的升程,普通车用喷油器的升程在 50—90 μm之间。当有异物卡在该间隙中时,在喷油器通电时衔铁不能上移,导致喷油器球阀不能打开,这种情况称为喷油器常闭。喷油器常开一般导致喷油器球阀泄漏造成过量喷油,而常闭故障会导致器不喷油。
喷油器清洁度控制标准与检测方法
对于一般的发动机或变速箱零件,对其清洁度的检测通常以检测在其表面沾染的外来异物的总质量为准,如通用汽车的 GMN6752等标准。但是对于喷油器这一类对清洁度有很高要求的精密零件来说,更应该控制的是其表面可能沾染的异物颗粒尺寸,以防止超过最大允许尺寸的外来异物颗粒进入喷油器带来的喷油器卡滞风险。对售后失效返回喷油器进行分析统计, 98%以上的喷油器卡滞问题的是由颗粒大干200μm的微粒造成。
根据喷油器清洁度或异物污染造成的失效统计,异物的来源主要分为3类:来料混入、装配过程、环境交叉污染,所以在喷油器生产过程中,不仅需要对喷油器的零部件进行清洁度检测,也需要对喷油器的中间过程件检测清洁度,防止在喷油器装配过程或生产环境中产生异物或将外来异物带入喷油器。一般步骤为先将待测零件在蒸馏水中充分冲洗后,将蒸馏水经滤纸过滤,再将滤纸烘干后,置于自动扫描显微镜下进行扫描,显微镜将自动测量留于滤纸上的颗粒的尺寸。
喷油器清洁度控制方法
1 清洗控制
喷油器的主要零部件,如阀体、阀座、接杆、衔铁等均为圆管零件,工艺多为金属机加工或金属成形工艺。由于其表面常附有切屑液或润滑油,切屑或毛刺易附着在零件表面。若不将其清洗干净,加工切屑将成为异物进入喷油器内腔。
喷油器的零部件清洗通常采用超声波清洗技术。超声波清洗是基于空化作用,即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆,由此产生的冲击将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物震落剥离下来。随着超声频率的提高,气泡数量增加而爆破冲击力减弱。因此,高频超声特别适用于小颗粒污垢的清洗而不破坏工件表面,故其成为喷油器零部件清洗的常用工艺,以去除喷油器零部件表面残留的油渍与微小颗粒。
超声波清洗需要作为特殊工艺进行控制。超声波频率为设备的主要控制参数,清洗液多采用清洗剂或去离子水,控制一定的清洗剂的浓度与去离子水的电导率可以保证清洗剂的有效性,测量清洗剂浓度的方法一般为滴定法,某些清洗机也带有电导率测试功能。另外,为发挥清洗液的最佳效果,需要对清洗液进行加温,并对温度进行控制。为保证清洗机的过滤系统正常工作,还应该监控其滤网两端的压力差,防止滤网破损导致清洗液被杂质污染。
对于内腔形状较为复杂的零件,如调整套组件,不但采用超声波清洗,还可在超声波清洗之前与之后增加喷淋。使用喷淋与超声波清洗结合的组合式清洗机,或对零件采取喷淋加超声波清洗的组合清洗方式可带来更好的清洗效果。
2装配与测试工艺控制
2.1 工装硬度改善
喷油器各零部件主要采用奥氏体不锈钢材料,如305SS、 X4CrNi18等,经过拉伸等工艺加工后,其表面硬度在HV350左右(相当于HRC30~ 35)。而在喷油器装配时使用的部分工装的材料主要为低碳钢,如20号碳素结构钢,若不进行硬化处理,硬度只有HRC20左右。在生产过程中,工装与零件的频繁接触使得工装容易被零件磨损,产生微小颗粒或碎屑附着在零件上。尤其是对喷油器进行夹持、压装或者调整工序的工装,磨损程度均高于其他位置,而且由于这些工装距离喷油器零件管口很近,若被磨损产生颗粒,极易导致颗粒掉入喷油器内腔。历史上就曾经发生过由于压装喷油器接杆的工装磨损后,异物掉入喷油器导致其卡滞的案例。
为避免该问题,需要对喷油器装配的工装进行表面硬化处理,或将工装更换成硬度更高的材料,如轴承钢(表面硬度可达到HRC60),使其表面硬度比喷油器零件的表面硬度高。
2.2 工装调整改进
喷油器内部为管状结构,其装配工艺广泛采用压装和焊接工艺,而且零件的同轴度要求高。压装工位的上工装和下工装需要调整以保证两零件压装时同轴,如果工装的同轴度不良,被压装的两零件间将发生异常刮擦,并产生颗粒。
为此需要定期对工装的对中与同轴度进行校验和调整,在生产现场可以使用一种较为简易的方法,即定制的标准样件,用着色法检验两工装间的对中情况。
2.3 附加强制除尘
在某些重点工位增加强制除尘装置也是改善喷油器制造工艺中清洁度的有效方法。最常用的方式为使用真空除尘装置对零件进行直接清洁,即通过真空吸嘴直接对零件表面施加负压,将表面的微小颗粒与异物去除并统一收集的方式。真空除尘装置可设置在进料机构(如振动上料轨道)、压装工位上或下料轨道旁(如图7)。甚至为了给某些特定的零件或过程进行除尘,可以在工位旁增加离线的主动除尘装置,这些真空除尘装置可以是手动、半自动或自动设备,可以与车间的中央压力控制设备相连接,集中控制负压大小。
2.4 冲洗与测试
喷油器的冲洗与测试方法虽然不直接改善喷油器的清洁度,但可及早发现由外来颗粒与清洁度不良引起的喷油器故障,避免其在客户处失效而产生抱怨。对喷油器内腔使用物理特性与燃油相似的液体进行冲洗,持续一段时间后,再对其进行泄漏测试。由于在冲洗时喷油器阀针开启,喷油器内腔的异物将被液流冲至阀座处,尺寸较小的异物将通过喷油器阀孔被冲出喷油器,但尺寸过大的异物将卡在阀针与阀座之间的间隙中,在后续的泄漏测试中被发现。