石振亚



一种集成断水电磁阀的尿素罐总成设计

石振亚

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介绍根据公司要求以及平台发展要求设计一种解决市场问题的集成断水电磁阀的尿素罐总成设计。该设计对断水电磁阀易堵塞的情况做了相应的改进，同时将断水电磁阀集成在尿素罐上，使得排气管路更加简洁。

断水电磁阀；尿素罐；堵塞；先导式；直动式

引言

现在不少商用车企业使用的断水电磁阀都是先导式结构，而先导式结构被冷却水中的杂质堵塞的风险较大，会使阀卡滞在常开或者常闭的位置，引起尿素解冻失败或者尿素温度过高的故障，而经过市场验证，直动式断水电磁阀可有效避免堵塞问题。同时，随着汽车排放等级的提高，汽车本身管线路不断增多使得布置更加复杂，因此公司推出一种集成断水电磁阀的尿素罐总成设计。

1 断水电磁阀选用

目前市场断水电磁阀主要有两种：先导式和直动式。下面将简单介绍其工作原理。

（1）先导式断水电磁阀，其结构如图1。

图1 先导式断水电磁阀

工作原理如下：

1）关闭状态：动阀芯封死先导孔，膜片封死阀座R面（进、出水口不通），膜片上下端面压力平衡；

2）开启状态：电磁部件产生电磁力，克服弹簧力把动阀芯部件提起，打开先导孔，膜片上腔室液体通过先导孔流向出水口，流量远大于远大于膜片压力平衡孔处流量，上腔室压力迅速下降，在膜片上下形成上低下高的压差，从而产生一个向上的推力Fy，推动膜片和压紧垫向上移动，同时液体从膜片下端面经阀座孔流向出水口，电磁阀打开。

（2）直动式断水电磁阀，其结构如图2。

图2 直动式断水电磁阀

工作原理如下：

1）关闭状态：线圈无施加电压，无电磁力，动阀芯部件在弹簧的作用下堵死阀座进气口，动阀芯和静铁芯之间有活动间隙δ，电磁阀控制的水路未连通，出水口不通水；

2）开启状态：给电磁阀线圈施加一电压（电压值在规定的范围内），线圈产生电磁力，电磁力克服弹簧力带动动阀芯部件向上运动，动阀芯和静铁芯之间活动间隙δ为0，电磁阀控制的水路连通，出水口通水。

从以上结构分析，可知先导式断水电磁阀先经过小孔径的先导孔，而发动机冷却液必不可免含有一定杂质，这样易堵塞电磁阀造成故障报警，而直动式孔径大不易堵塞，因此选用直动式电磁阀。

2 集成式断水电磁阀设计

目前大多数汽车企业都是采用方案A：将电磁阀固定在尿素罐支架或者车架上，再用软管连接断水电磁阀和尿素罐。方案A如图3。

为了有效解决先导式电磁阀易造成堵塞问题，特开发了方案B：选用直动式电磁阀，将电磁阀与尿素罐集成在一起，方案B如图4。下面将从结构设计、电器匹配、性能验证、布置检验进行分析。

图3 方案A

图4 方案B

2.1 结构设计

如图4所示，将断水电磁阀集成在尿素液位温度传感器上，为避免空间拥挤，同时优化尿素液位温度传感器结构与断水电磁阀的形状。断水电磁阀开启后，冷却液通过图4中的电磁阀水管口流入，再经过螺旋管路给尿素加热，最后通过图4中水管口流出。

2.2 电器匹配

先导式和直动式电磁阀的工作原理相同，都为线圈+铁芯结构。ECU内控制引脚和驱动数据相同，所以ECU不需要更改数据。电磁阀电控原理图如图5。

图5 电磁阀电控原理图

2.3 性能分析

（1）解冻试验分析：将尿素罐加注满尿素之后置于-25℃保持2小时，使尿素充分结冰，然后通入温度为70℃±5℃的发动机冷却液对尿素进行解冻；将冷却液进出水管内压差控制在＞50kPa，直到尿素液位温度传感器所测温度＞—5℃。试验结果如表1

表1 解冻试验数据

解冻试验表明在相同的外部条件下，方案B中的尿素罐尿素解冻时间与方案A中的尿素罐一致，能够满足项目的尿素解冻要求。

表2 传感器可靠性实验数据

表3

（2）传感器可靠性测试：选择方案B中3个传感器进行可靠性试验，试验数据表明方案B的传感器是可靠的。

图6 布置检验

（3）传感器功能性：选择方案B中3个传感器进行功能性试验，实验数据表明方案B的传感器功能是满足要求的。

通过以上性能试验，可知方案B的性能满足要求，方案是可行的。

（4）布置检验：尿素罐支架上去除断水电磁阀及其支架，将原先的一根管路合并成一根，其余布置同之前一致，满足平台通用化的要求，同时也使排气管路更加简洁。

3 总结

此次尿素罐集成断水电磁阀设计，解决了市场断水电磁阀堵塞问题，并通过集成化设计，减少了汽车的零部件数目，使得排气管路更加简洁，也符合目前集成化、通用化趋势。

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

石振亚，动力匹配工程师，现就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，主要从事于轻型商用车进气系统和排气系统设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.070