石振亞

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一種集成斷水電磁閥的尿素罐總成設(shè)計(jì)

石振亞

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹根據(jù)公司要求以及平臺(tái)發(fā)展要求設(shè)計(jì)一種解決市場問題的集成斷水電磁閥的尿素罐總成設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)對(duì)斷水電磁閥易堵塞的情況做了相應(yīng)的改進(jìn)，同時(shí)將斷水電磁閥集成在尿素罐上，使得排氣管路更加簡潔。

斷水電磁閥；尿素罐；堵塞；先導(dǎo)式；直動(dòng)式

引言

現(xiàn)在不少商用車企業(yè)使用的斷水電磁閥都是先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，而先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)被冷卻水中的雜質(zhì)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)較大，會(huì)使閥卡滯在常開或者常閉的位置，引起尿素解凍失敗或者尿素溫度過高的故障，而經(jīng)過市場驗(yàn)證，直動(dòng)式斷水電磁閥可有效避免堵塞問題。同時(shí)，隨著汽車排放等級(jí)的提高，汽車本身管線路不斷增多使得布置更加復(fù)雜，因此公司推出一種集成斷水電磁閥的尿素罐總成設(shè)計(jì)。

1 斷水電磁閥選用

目前市場斷水電磁閥主要有兩種：先導(dǎo)式和直動(dòng)式。下面將簡單介紹其工作原理。

（1）先導(dǎo)式斷水電磁閥，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 先導(dǎo)式斷水電磁閥

工作原理如下：

1）關(guān)閉狀態(tài)：動(dòng)閥芯封死先導(dǎo)孔，膜片封死閥座R面（進(jìn)、出水口不通），膜片上下端面壓力平衡；

2）開啟狀態(tài)：電磁部件產(chǎn)生電磁力，克服彈簧力把動(dòng)閥芯部件提起，打開先導(dǎo)孔，膜片上腔室液體通過先導(dǎo)孔流向出水口，流量遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于膜片壓力平衡孔處流量，上腔室壓力迅速下降，在膜片上下形成上低下高的壓差，從而產(chǎn)生一個(gè)向上的推力Fy，推動(dòng)膜片和壓緊墊向上移動(dòng)，同時(shí)液體從膜片下端面經(jīng)閥座孔流向出水口，電磁閥打開。

（2）直動(dòng)式斷水電磁閥，其結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 直動(dòng)式斷水電磁閥

工作原理如下：

1）關(guān)閉狀態(tài)：線圈無施加電壓，無電磁力，動(dòng)閥芯部件在彈簧的作用下堵死閥座進(jìn)氣口，動(dòng)閥芯和靜鐵芯之間有活動(dòng)間隙δ，電磁閥控制的水路未連通，出水口不通水；

2）開啟狀態(tài)：給電磁閥線圈施加一電壓（電壓值在規(guī)定的范圍內(nèi)），線圈產(chǎn)生電磁力，電磁力克服彈簧力帶動(dòng)動(dòng)閥芯部件向上運(yùn)動(dòng)，動(dòng)閥芯和靜鐵芯之間活動(dòng)間隙δ為0，電磁閥控制的水路連通，出水口通水。

從以上結(jié)構(gòu)分析，可知先導(dǎo)式斷水電磁閥先經(jīng)過小孔徑的先導(dǎo)孔，而發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液必不可免含有一定雜質(zhì)，這樣易堵塞電磁閥造成故障報(bào)警，而直動(dòng)式孔徑大不易堵塞，因此選用直動(dòng)式電磁閥。

2 集成式斷水電磁閥設(shè)計(jì)

目前大多數(shù)汽車企業(yè)都是采用方案A：將電磁閥固定在尿素罐支架或者車架上，再用軟管連接斷水電磁閥和尿素罐。方案A如圖3。

為了有效解決先導(dǎo)式電磁閥易造成堵塞問題，特開發(fā)了方案B：選用直動(dòng)式電磁閥，將電磁閥與尿素罐集成在一起，方案B如圖4。下面將從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電器匹配、性能驗(yàn)證、布置檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

圖3 方案A

圖4 方案B

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，將斷水電磁閥集成在尿素液位溫度傳感器上，為避免空間擁擠，同時(shí)優(yōu)化尿素液位溫度傳感器結(jié)構(gòu)與斷水電磁閥的形狀。斷水電磁閥開啟后，冷卻液通過圖4中的電磁閥水管口流入，再經(jīng)過螺旋管路給尿素加熱，最后通過圖4中水管口流出。

2.2 電器匹配

先導(dǎo)式和直動(dòng)式電磁閥的工作原理相同，都為線圈+鐵芯結(jié)構(gòu)。ECU內(nèi)控制引腳和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)相同，所以ECU不需要更改數(shù)據(jù)。電磁閥電控原理圖如圖5。

圖5 電磁閥電控原理圖

2.3 性能分析

（1）解凍試驗(yàn)分析：將尿素罐加注滿尿素之后置于-25℃保持2小時(shí)，使尿素充分結(jié)冰，然后通入溫度為70℃±5℃的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液對(duì)尿素進(jìn)行解凍；將冷卻液進(jìn)出水管內(nèi)壓差控制在＞50kPa，直到尿素液位溫度傳感器所測溫度＞—5℃。試驗(yàn)結(jié)果如表1

表1 解凍試驗(yàn)數(shù)據(jù)

解凍試驗(yàn)表明在相同的外部條件下，方案B中的尿素罐尿素解凍時(shí)間與方案A中的尿素罐一致，能夠滿足項(xiàng)目的尿素解凍要求。

表2 傳感器可靠性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3

（2）傳感器可靠性測試：選擇方案B中3個(gè)傳感器進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明方案B的傳感器是可靠的。

圖6 布置檢驗(yàn)

（3）傳感器功能性：選擇方案B中3個(gè)傳感器進(jìn)行功能性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明方案B的傳感器功能是滿足要求的。

通過以上性能試驗(yàn)，可知方案B的性能滿足要求，方案是可行的。

（4）布置檢驗(yàn)：尿素罐支架上去除斷水電磁閥及其支架，將原先的一根管路合并成一根，其余布置同之前一致，滿足平臺(tái)通用化的要求，同時(shí)也使排氣管路更加簡潔。

3 總結(jié)

此次尿素罐集成斷水電磁閥設(shè)計(jì)，解決了市場斷水電磁閥堵塞問題，并通過集成化設(shè)計(jì)，減少了汽車的零部件數(shù)目，使得排氣管路更加簡潔，也符合目前集成化、通用化趨勢。

An integrated design of urea tank assembly with water shutoff solenoid valve

Shi Zhenya

( Anhui Jianghuai Automotive group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

According to the requirements of the company and the development of the platform, this paper introduces the design of a kind of urea tank assembly to solve the market problems.The design improves the easy blockage of the water shutoff solenoid valve, and integrates the water shutoff solenoid valve into the urea tank to make the exhaust pipe more simple.

Water shutoff solenoid valve;Urea tank;Blockage;Pilot-operated type;Directly operated type

U463

A

1671-7988(2018)24-196-03

U463

A

1671-7988(2018)24-196-03

石振亞，動(dòng)力匹配工程師，現(xiàn)就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，主要從事于輕型商用車進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.070